用于光合培养的装置以及方法

摘要

提供一种用于光合培养物生长的装置以及系统，这种装置以及系统采用一个或多个竖直安置式光板，这些光板具有被配置为用于容纳液体以及光合培养物如藻类的内部空穴。内表面的大小通过由这些光板的侧壁中的变形限定的突起来增强。这些突起在侧壁之间连通，还向光板提供了结构完整性并且允许了较薄的侧壁以及通过其中的光透射的增加。该系统可以将一个支撑轨条和枢转底座用于每个此种光板以允许彼此邻近地定位成行。在不同的照明条件期间使装有轨条的光板枢转提供了一种方式以减少邻近光板对单独光板造成的光阻挡。

权利要求

1.一种用于光合培养的设备，包括：

至少一个光板，该光板具有一个顶端以及一个底端；

所述光板具有由被配置为使光通过的材料形成的一对基本上平行的侧壁；

所述侧壁接合以在其间形成通过其相应内表面限定的一个内部空穴；

多个突起，这些突起从所述侧壁中的第一个侧壁上的一个第一末端延伸到与所述侧壁中的第二个侧壁处于接合的一个远端；

所述突起提供用以使所述侧壁中的所述第一个侧壁的所述内表面扩大的手段；并且借此所述光板能够在所述内部空穴内并且在所述侧壁中的所述第一个侧壁和所述第二个侧壁的所述内表面上填充有液体以及所繁殖的藻类。

2.如权利要求1所述的用于光合培养的设备，另外包括：多个所述突起，这些突起从所述侧壁中的所述第二个侧壁上的一个第一末端延伸到与所述侧壁中的所述第一个侧壁处于接合的一个远端；

所述突起提供用以使所述侧壁中的所述第二个侧壁的所述内表面扩大的手段；并且借此所述光板在所述内部空穴内并且在所述侧壁中的所述第一个侧壁和所述第二个侧壁的所述扩大的内表面上能够填充有液体以及繁殖的藻类。

3.如权利要求1所述的用于光合培养的设备，另外包括：所述突起的所述接合提供一种手段用于由侧向荷载力使所述光板的结构稳定从而维持两个所述侧壁基本上彼此等距并且抗弯曲；

所述结构稳定提供一种手段用于在所述藻类繁殖期间将填充有液体的所述光板定位成竖直安置并且抗弯曲。

4.如权利要求2所述的用于光合培养的设备，另外包括所述突起与所述侧壁中的所述第一个侧壁以及与所述侧壁中的所述第二个侧壁的所述接合提供一种手段用于由侧向荷载力使所述光板的结构稳定从而维持两个所述侧壁基本上彼此等距并且抗弯曲；

所述结构稳定提供一种手段用于在所述藻类繁殖期间将填充有液体的所述光板定位成竖直安置并且抗弯曲。

5.如权利要求1所述的用于光合培养的设备，另外包括：所述突起是通过所述侧壁中的所述第一个侧壁在朝向所述侧壁中的所述第二个侧壁的方向上变形来形成；

所述变形包括沿着所述突起的一个轴线朝向所述侧壁中的所述第二个侧壁延伸的、所述侧壁中的所述第一个侧壁的平坦外表面中的凹陷；

所述突起维持形成所述凹陷的、所述侧壁中的所述第一个侧壁的厚度与形成环绕所述凹陷的、所述侧壁中的所述第一个侧壁的所述材料的厚度基本上相同；并且借此传递通过所述突起到达所述内部空穴的所述光行进穿过一定厚度的所述材料，该厚度与形成所述侧壁中的所述第一个侧壁的所述材料的厚度基本上相同。

6.如权利要求1所述的用于光合培养的设备，另外包括：朝向所述侧壁中的所述第二个侧壁延伸的所述突起以及从所述侧壁中的所述第二个侧壁朝向所述侧壁中的所述第一个侧壁延伸的所述突起，全部是通过所述侧壁中的所述第一个侧壁或所述侧壁中的所述第二个侧壁的相应变形来形成；

所述变形包括所述侧壁中的所述第一个侧壁或所述侧壁中的所述第二个侧壁的平坦外表面中的相应凹陷，所述凹陷是在所述内表面上沿着所述突起的一个轴线朝向所述侧壁中的另一个侧壁延伸；

所述突起维持所述侧壁中的所述第一个侧壁或所述侧壁中的所述第二个侧壁内的、形成所述凹陷的一个相应侧壁的厚度，所述厚度与环绕所述凹陷的所述材料的厚度基本上相同；

借此传递通过所述突起到达所述内部空穴的所述光行进穿过一定厚度的所述材料，该厚度与它延伸自的所述侧壁中的相应第一个或第二个侧壁的厚度基本上相同。

7.如权利要求5所述的用于光合培养的设备，另外包括：所述突起的形状是基本上截头圆锥体的。

8.如权利要求6所述的用于光合培养的设备，另外包括：所述突起的形状是基本上截头圆锥体的。

9.如权利要求7所述的用于光合培养的设备，另外包括：所述内表面在所述突起的区域中形成为一系列阶梯。

10.如权利要求8所述的用于光合培养的设备，另外包括：所述内表面在所述突起的区域中形成为一系列阶梯。

11.如权利要求3所述的用于光合培养的设备，另外包括：在所述顶端处与所述光板连接的一个支撑件；以及轨条，该轨条提供用于将一个或多个所述光板支撑成所述竖直安置的手段。

12.如权利要求4所述的用于光合培养的设备，另外包括：在所述顶端处与所述光板连接的一个支撑件；以及轨条，该轨条提供用于将一个或多个所述光板支撑成所述竖直安置的手段。

13.如权利要求11所述的用于光合培养的设备，另外包括：与所述光板的所述连接包括一个枢轴；并且所述枢轴提供用于使所述光板旋转以适应照明条件的手段。

14.如权利要求12所述的用于光合培养的设备，另外包括：与所述光板的所述连接包括一个枢轴；并且所述枢轴提供用于使所述光板旋转以适应照明条件的手段。

15.如权利要求11所述的用于光合培养的设备，另外包括：一个顶板，该顶板遮盖所述支撑件以及所述光板；并且所述顶板使阳光以扩散模式传送通过其中。

16.如权利要求12所述的用于光合培养的设备，另外包括：一个顶板，该顶板遮盖所述支撑件以及所述光板；以及所述顶板使阳光以扩散模式传送通过其中。

17.如权利要求13所述的用于光合培养的设备，另外包括：一个顶板，该顶板遮盖所述支撑件以及所述光板；以及所述顶板使阳光以扩散模式传送通过其中。

18.如权利要求14所述的用于光合培养的设备，另外包括：一个顶板，该顶板遮盖所述支撑件以及所述光板；以及所述顶板使阳光以扩散模式传送通过其中。

19.如权利要求13所述的用于光合培养的设备，另外包括：所述支撑件被配置为将多个所述光板彼此邻近地保持成行；并且所述枢轴提供一种手段用于使所述多个光板中的每个单独光板旋转以避免所述光被所述光板的邻近光板挡住。

20.如权利要求14所述的用于光合培养的设备，另外包括：所述支撑件被配置为将多个所述光板彼此邻近地保持成行；并且所述枢轴提供一种手段用于使所述多个光板中的每个单独光板旋转以避免所述光被所述光板的邻近光板挡住。

21.如权利要求18所述的用于光合培养的设备，另外包括：所述支撑件被配置为将多个所述光板彼此邻近地保持成行；并且所述枢轴提供一种手段用于使所述多个光板中的每个单独光板旋转以避免所述光被所述光板的邻近光板挡住。

22.如权利要求18所述的用于光合培养的设备，另外包括：所述支撑件被配置为将多个所述光板彼此邻近地保持成行；

所述枢轴提供一种手段用于使所述多个光板中的每个单独光板旋转以避免所述光被所述光板的邻近光板挡住；并且所述突起限定空心横条，该横条形成所述侧壁中的所述第一个侧壁与所述侧壁中的所述第二个侧壁之间的桥。

说明书

用于光合培养的装置以及方法

技术领域

[0001] 本申请要求2010年12月12日提交的第61/422184号美国临时申请以及2010年6月15日提交的第61/355121号美国临时申请的权益，这两件申请分别以引用方式全文结合在此。

[0002] 在此披露的装置以及方法涉及光合细胞培养，因为它应用于生物质的生产以及CO2再循环或埋存以及废水减排。更确切地说，所披露的装置以及方法涉及用于产业规模应用的藻类学商业化。用于此处系统的方法和设备代表用以将藻类生产扩增到产业量的新的且经改进的系统，这种系统采用新颖的竖直定向式光合光生物反应器或光板以及培养方法和部署策略。

[0003] 所披露的系统通过将散射的太阳照射分散在展开得极大的表面积上借此使太阳光强度朝向藻类光合作用的最佳强度范围减少或者减少到该最佳强度范围中，来优化用于光合作用的可用太阳能。所披露的光板装置非常适合于利用常见的价格低廉且可再循环的材料来适应藻类品种的多样性以及地理和季节性变化。所披露的光板设计尤其适合于悬浮以及附着式藻类培养，用于实现生产用作生物燃料的藻类油的目的。所披露的新光板设计解决在具有超高细胞浓度的情况下在相同的连续培养中对于藻类繁育对藻类脂肪酸合成的非常特别的几乎互斥的培养需要。

背景技术

[0004] 目前人类对作为有限资源的化石或石油燃料的依赖已促进了替代可再生能源的开发。由化石燃料的燃烧排放的CO2作为温室气体并且是全球变暖的主要原因，使紧迫性进一步增加。据估计，美国每年消耗430亿加仑以上的柴油燃料在运输上，加上多倍于这个量的汽油以及其他油基燃料。为了使用除了所谓的化石或石油衍生燃料之外的来源来提供燃料，从植物油和动物脂肪提取生物柴油。基于玉米的乙醇现在以较高的百分比与汽油掺和。诸如玉米乙醇等生物燃料的当前开发需要大量的土地和水。用食物生产运输燃料已对农产品造成价格压力。

[0005] 光合作用通过聚集来自CO2的碳将太阳电磁能转换成在长碳链中所储存的化学能。光合作用是地球上埋存并且再循环CO2的主要过程。微藻类是最有光合效率的生物体。藻类作为生物燃料的来源已被研究很久了。20世纪70年代的上一次能源危机加速了替代能源的研究。美国能源部的水生物种计划已收集到了大量的资料。藻类可以在污水中生长。
藻类在光合作用中是非常有效的，具有惊人的繁育速率。一些藻类品种每4到6个小时就可以翻倍。藻类在某些条件中生长（诸如，乏氮培养）时可以合成并且积聚脂肪酸到大于其干重的一半的水平。藻类脂肪酸或油能够并且目前被精炼为用于美国海军的喷气燃料。然而，允许藻类培养从实验室量扩增到产业生产规模的培养系统迄今一直是有挑战性的。常规地，此类藻类培养系统可以分成两类：开放对密闭。每个常规种类都具有优点和缺点。

[0006] 开放培养系统向环境“开放”，并且最常见的当前形式可以被描述为大的跑道水池（raceway ponds）。此类开放水池是建造和操作起来最不昂贵的。因而，开放水池被ASP调查结果提倡用来与化石燃料竞争。然而，跑道水池由于不断的蒸发而需要使用大量的水。开放水池提供次最佳的光强度控制。开放水池易于被野生型品种污染，会侵吞正在繁殖的所希望的培养品种。另外，这种类型的开放培养是不受保护的，会受到以藻类为食的捕食者的侵袭。大的培养水池可能在几天之内就会被此类捕食者侵食殆尽。虽然大量的资源正被集中到设计或在基因上修改藻类以提高产量并且克服开放水池的上述缺点，但是公众舆论不太可能会允许在开放系统中使用转基因突变品种，这伴随着不可控的环境污染的风险。地理限制，诸如温度和太阳照射以及土地要求，是额外的限制。

[0007] 密闭的系统或光生物反应器被设计为在不同程度上解决开放水池系统的所有这些限制以及顾虑。然而，一个主要挑战是太阳照射的有效利用。地球表面上被照到的太阳照射是高度可变的，这依赖于诸如季节性的、每日的以及大气的变化等地理因素。“自遮荫或自遮蔽”现象进一步使太阳照射的利用变复杂。在光透入藻类培养物中时，光子被叶绿素吸收，从而减小光强度。此“自遮荫”在具有高叶绿素浓度的高细胞浓度培养物中被夸大。实际上，光在高细胞浓度培养物中根本不会透入到非常远，而是只透入几毫米。藻类光合作用的最佳光强度已被论证为是直射明亮太阳照射的一小部分，在10％的范围中。在开放水池中的藻类培养物通常有一层有害的浅层培养层，在其中直射太阳光束的极高光强度引起光抑制、细胞损害以及可能的细胞死亡。通过“自遮荫”，高有毒水平的光强度通过初始浅层“有毒”层中的叶绿素吸收而得到衰减，借此培养物的中间层经历藻类光合作用的“最佳”光强度。任何较深的培养物层随着光强度的进一步衰减都无法接收到足够的光来驱动藻类光合作用。

[0008] 当前的技术或培养系统，开放的或密闭的，依赖于细胞移动进出以下各个概念性光区的策略：1）浅层有毒区，2）中间最佳区以及3）深的不足区。藻类细胞可以移动到可能有毒的浅层中，在离开该区之前只吸收了几毫秒到几微秒的光子，这样并没有形成损害性自由基。开放水池的当前技术利用大的桨叶来造成搅拌以及水流，而典型的密闭系统，诸如管状系统则利用泵。大部分的水流是层流、平行于上述的概念性光区，而不是在细胞垂直移动穿过这些光区中更有效的湍流。此外，通过泵产生的藻类移动可能会在较高速度下经历剪切损伤。不管用当前密闭系统所获得的效率怎样，一般来说在正常的市场条件下，光生物反应器的成本有效性并不能与化石燃料竞争。当前最不昂贵的密闭系统是具有很少结构的简单塑料袋。随着这些批次类型的培养物生长以及叶绿素含量增加，在中间中越来越大比例的培养物不能接收到足够的光来进行光合作用，从而限制了可实现的细胞浓度。

[0009] 密闭系统的一个现有技术实例是US 6,509,188（Trosch），该案传授了一种光生物反应器，该光生物反应器具有由透明材料形成的一个反应器腔室并且具有被适配为用管状突起和延伸部来增加反应器表面积的凹陷和突起。然而，Trosch专利构造很少增加所形成的反应器板的结构完整性，并且缺少窄的横截面积用于限制养分扩散到不同的高度水平以在反应器内建立养分梯度。

[0010] 因而，对一种藻类培养系统还存在未满足的需要，这种藻类培养系统具有合理的资本和操作成本来在正常的市场条件下与原油竞争。此种系统应能够连续地实现超高细胞浓度藻类培养物。此种系统应提供一种结构以及其部署，该结构提供用以均匀地且可控地传送太阳和人工辐照的更均匀手段。另外，此种系统应固有地包括用以防止或限制生物膜的生物附着或沉积的手段，并且应采用多个部件，这些部件用以张开光生物反应器内封套的表面积并且同时提供用于增强结构完整性的手段。另外，此种系统应采用一个反应器，该反应器在结构上得到增强并且提供藻类培养物的所希望的高的表面积对体积比的稳定性以及所希望的可用的小横截面积，该小横截面积提供了用于限制养分扩散到不同的高度水平以建立养分梯度的手段。

发明内容

[0011] 在此披露的装置以及方法提供一种用于藻类培养的新颖手段，以通过光合作用的光化学过程来优化可用太阳电磁能到所储存化学能的转换。可能的应用包括，但不限于，用于原料、肥料、养料的生物质的生产以及水处理和CO2埋存。所披露的新颖系统的主要目标之一是以经济的过程来优化生长条件，使藻类生物燃料成为有竞争力的替代性可再生燃料。

[0012] 总策略是实现超高细胞浓度的藻类培养物。通过实现超高细胞浓度，细胞培养介质的体积以及围起该介质所需的材料最少。细胞浓度越高，藻类培养物在细胞移动的情况下可利用的日光强度就越高。实现超高细胞浓度还将降低在收获时将藻类与培养介质分离的成本。为了方便超高细胞浓度培养，藻类培养物将通过在光板设计中应用“空心横条（trabeculae）”的新构造来采取高的表面积对体积比。藻类培养物的所有表面积都将曝露于光源。藻类培养物的高表面积对体积比将最小化可能经历“深的光不足区”达较长时间段的细胞的数目。由于培养物中细胞浓度的增加，“自遮荫”现象造成越来越少的光透入，使得越来越接近于曝光培养物表面积的越来越多的细胞经历不足的光。大体上，第三个理论上的光不足区随着前两个层减小而增加。“自遮荫”机制因此限制了总体培养物生长以及限制了在藻类培养物中实现的细胞数浓度。用于基线夜间光合活动的支援性人工光可以应用于支持藻类夜间呼吸的需氧量（稍后将在此处的方法下展开）。被选择用来围起介质的材料应当是常见的、透明的、柔性的、价格低廉的、并且优选是可再循环的。该系统应非常适合于适应光合生物体和细胞器的多样性以及地理条件。

[0013] 所披露的新颖系统以及所应用的策略的更具体的目标如下：对可用太阳照射的最佳光合利用是通过应用名言希波克拉底誓言“无害第一”来寻求到。高光强度的直射太阳光束对藻类细胞是有毒的，引起光抑制、细胞损害以及可能的死亡，这些都是耗费能量的，从而降低光使用效率。大体上，策略是设法限制第一个理论浅层有毒区。新颖的系统是设法限制直射太阳照射以及更有效地使用散射光。散射或间接自然光更接近于用于藻类光合作用的最佳光强度。这主要是通过随着太阳在空中的移动来使竖直安置式光板旋转从而简单地将它们定向成全天基本上平行于太阳光束来实现。这样允许太阳光束均匀地透入藻田以通过地面的表面处理来散射并且反射。竖直安置式藻板的顶部部分将接收经大气散射的光，而竖直藻板的底部部分将接收散射以及反射离开地面处理的光。竖直定向式光板的上部部分所经历的经大气散射的光在较小光强度范围内令人惊讶地一致，不管晴天还是多云的阴天。来自直射光谱太阳光束的光强度可以通过使光板从平行于太阳光束偏离几度角来调节，从而匹配藻类培养物的光合容量。这个应用或策略可能看似简单，但并不明显，因为光少就是多可能是反直觉的。增加的藻类培养物表面积、光强度的分布和减少以及用以维持高的培养物表面积对体积比的结构全部通过新颖构造“空心横条”的应用来实现，这将在下文的光生物反应器结构下进一步描述。

[0014] 其中散射和重分布的光仍高于最佳藻类光合光强度的高光条件、细胞移动通过各个概念性的有毒、最佳以及不足光的区的策略如先前描述都是适用的。这种机制甚至通过高细胞浓度培养物来优化，因为被夸大的“自遮荫”造成较少光透入，有效地减小了光条件的前两个理论区或层的厚度。藻类细胞将因此在具有很少位移的情况下经历不同的区。藻类细胞可以在亮与暗条件之间快速地摆荡。细胞的搅拌通过鼓泡来实现，而不是在开放跑道水池中的需要能量的大浆叶或密闭管状系统中的流体泵。富CO2气体，诸如来自天然气或煤的燃烧的废气，通过在光板的底部处的喷头来施配，作为主要养分。气泡在冒出时起到细胞搅动的额外功能。由于用于光合作用的CO2量与可用光成比例，因此增加的光源需要更多CO2递送或较高冒泡速率，这转变为较高的搅动速率。换句话说，较高光条件可用较高鼓泡速率、递送较高CO2需求量来滴定。由冒泡引起的主导湍流在细胞垂直于光区移动时更有效。

[0015] 朝向藻类生物燃料开发的甚至更具体的目标是适应对藻类细胞繁育对藻类脂肪酸合成和积聚的互斥需要。在富氮的培养介质中，藻类蛋白质合成容易发生。过多的能量是以更直接可用的能量储存形式诸如碳水化合物来储存以驱动细胞生长和细胞繁育的过程。在缺氮的情况下，蛋白质合成有限并且细胞生长和繁育被抑制。过多的能量改为被驱动向以脂肪酸的形式来长期储存。在藻类生物质的当前生产中，收获整个藻类细胞。细胞收获需要细胞繁育以维持稳定的培养物大小或细胞数目。可以适应在培植期（logrythmic phase）中用于细胞繁育的富氮环境以及用以驱动脂肪酸合成的缺氮环境的系统将允许更有效的连续培养，这与有限的批次培养相反。在相对小的单独光板中的隔室划分有益于及早隔离可能出现的问题，诸如病毒、真菌以及真核捕食者的污染。还通过构造“空心横条”方便建立两个功能不同的区，富氮区对缺氮区，该空心横条进一步减小了可用于扩散的横截表面积以及提供薄的竖直安置式光板的总体结构稳定性。这两个不同的功能区的建立将在方法下进一步描述。

[0016] 光生物反应器结构：

[0017] 成本有效的光生物反应器或光板应当用常见的价格低廉的并且优选可再循环的材料来制成，像透明塑料，诸如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。光板是竖直安置的。光板应对以张开的表面积曝露于太阳照射下的藻类培养物提供围挡。此外，藻类培养物在采取了光板的内腔室的形状之后应具有高的表面积对体积比以有助于超高细胞浓度。光板应薄且高到足以建立用于细胞繁育对脂肪合成的不同功能区。这被更好地描述为相对于上方或下方的藻类的体积来说有限的横截面积，这样，可用于养分诸如氮扩散到后续水平的横截面积是有限的。这些目标全部都通过“空心横条”的新颖构造的应用来实现。

[0018] 该新颖构造“空心横条”的灵感来源于自然。横条就是诸如在动物松质骨中看到的微桥。在松质骨中的横条使具有较少骨质材料的皮质骨外表面稳定并且增加用于支撑红色骨髓细胞的表面积（沿着横条的表面积）。小桥的想法可以应用于向薄的塑料膜或片赋予结构。横条的最简单体现可以是交错的圆锥体或棱锥。这些小桥或圆锥体可以通过热成形工艺来容易地应用于透明塑料。对薄的塑料片或膜加热并且通过真空和/或正压使之采取模具的形状。具有凸起的重复的多圆锥结构的、经模制的薄塑料膜可以随后与相对的类似模制的塑料膜以整齐且交错的样式或与自身以蛤形构型来并列并且熔化。“空心横条”是空心的，因为这种构造表示负空间。在这个圆锥实例中，圆锥体是由薄塑料形成并且只填充有空气。藻类培养物占据了圆锥体之间的窄空间或体积。圆锥侧之间的距离可以是从几英寸到亚厘米。就紧密填塞的圆锥样式来说，藻类培养物将采取具有张开的表面积（有高的表面积对体积比）的所希望的特性。此外，紧密圆锥样式还进一步减小可用于使养分扩散到光板内的其他水平的横截面积以方便建立两个不同的功能区。

[0019] 浅层（climactic）条件以及特定藻类品种要求可能需要对藻类培养物的温度调节。一个额外的分离外隔室可以作为施加到光板的一侧或两侧上的一个额外透明材料层来结合以充当水浴或水套。在此种情况下，“空心横条”将填充有循环水，与藻类培养介质不连续。在希望时水套可以含有使光进一步散射的溶液。

[0020] 为了阐明光在张开的表面积上的分布，将简单的圆锥体视为“空心横条”概念。如果该照亮圆锥底的圆形区域的光的量被允许撞击圆锥体的倾斜侧壁的较大表面积，那么光量或光子数现在分布在较大的表面积上，从而有效地减少光强度。表面积张开的比与圆锥高度（H）对圆锥底的半径 的比有关。例如，圆锥高度（H）等于圆锥底的直径或圆锥底的半径 的两倍的圆锥体对应于从圆形圆锥底到圆锥壁的倾斜表面积表面积增加大约2.2倍。类似地，等于 的圆锥高度H表示表面积张开了大约3.2倍。额外的表面积张开可以用“空心横条”上的二级结构来完成。这可以表示圆锥侧上的细微表面不规则性或作为规则台阶。
在概念上，这可以联系到动物的肠结构上，对于肠结构来说，增加的表面积对于较高的吸收率来说是所希望的。“空心横条”或圆锥体将类似于初级绒毛，具有额外的圆锥表面不规则性或台阶作为二级绒毛。

[0021] 为便于制造，可以将光板制成较小的光板部件，这些部件可以组装成所希望的光板高度。较小的光板部件可以用不同的表面积张开比来制造并且被组装成相对于光板高度上的位置以及地理因素来优化用于藻类光合作用的光强度。也可以应用其他制造技术，诸如注射模制，尤其是在希望较高的表面积张开比的情况下。

[0022] 光生物反应器的其他元件，诸如取样口以及入口和出口，是用于基本的功用。它们的位置可以是可变的，就位置来说，不是插入在板上的窄侧上就是与光板面对面。喷头的重要性以及养分和补充人工光源的应用将在方法下进一步论述。

[0023] 使用滑动/枢转轨条系统的部署策略

[0024] 用于竖直安置式光生物反应器的所披露的新颖部署系统的总目标是优化曝露到藻类培养物上的太阳照射以匹配藻类培养物的光合能力。所披露的部署系统设法优化以下各项：1）一块藻田内的多个光合板间太阳能的一致以及均一分布，2）光强度的控制，以及3）操作实用性。可用太阳电磁能在一天之内大幅变化，且随季节性条件和大气条件也变化。
重点是在于限制有毒高光强度，以免对藻类光合设备造成损害以及其他细胞损害和可能的细胞死亡，所有这些都是耗费能量的。在阳光灿烂的条件期间，需要一种控制机制来限制曝露到藻类培养物上的可用光量，以匹配藻类培养物能够利用的最大光合速率。太阳能到温室或藻田内的单独光板上的一致均一分布允许只监视几个代表性光板。如果需要监视每个光板的pH、硝酸盐、氨、氧以及CO2，那么使用仪器的价格将高得惊人。通过太阳能的均匀分布，使得来自邻近光板的遮荫得到最小化，对藻田的监视可以通过中央对外围光板的最小取样来完成。新颖的部署系统必须还允许用于光板的维护、修补或替换的简易接近性。

[0025] 用于竖直安置式光生物反应器或光板的新颖部署系统将光板组织在轨条中。这些轨条将具有一个允许平移的机构以提高均一空间分布。成紧密构型的轨条形成过道并且允许易于接近单独的光板。上面悬挂着光板的翼部将具有一个枢转机构以控制光强度。使光板的宽面枢转成平行的，使直射光谱太阳照射的量有限。通过稍偏离平行，可以使曝露于直射太阳照射下的藻类培养物增加。换句话说，来自直射太阳照射的光强度可以通过稍偏离平行，小于5到10度来进行调节，从而仍限制来自邻近光板的遮荫。太阳光束仍均一地透入藻田，从而允许只对几个光板进行取样监视。撞到地面处理上的太阳光束被散射。典型的地面处理将加强太阳光束的散射和反射，即低吸收系数。此种地面处理的实例将包括，但不限于，水泥上的白色高光泽聚氨酯。散射光加到曝露于藻类培养物的直射照射上。

[0026] 易于使用的涂布技术将应用于围起光板的物理结构或建筑物上或附近。UV吸收膜将被施加于物理结构或温室。也可以施加可活动的光扩散膜。关于此种膜技术的应用的考虑因素应考虑藻田安装的地理位置。由于造成散射增加的湿度增大，扩散膜在赤道纬度中可能不是必需的。类似地，由于通过大气的长光路，大于40度的纬度也接收到高百分比的散射光。

[0027] 操作方法

[0028] 有益于通过“空心横条”新颖构造提供的结构设计的一般培养方法是就广泛概念来描述的，以适应光合生物体和细胞器的多样性的大幅变化的培养需要，而不限于真核微藻类或原核蓝藻细菌。所描述的方法意在说明更一般的应用情形而不是意在限制其他的创造性应用。

[0029] 水介质中的光合生物体是容纳在高的光板内并且安排在滑动且枢转的轨条上，如上文描述。可以应用自养和异养的以及混合的培养。含有养分如氮（N）和磷（P）的新鲜培养介质是从光板的顶端或底端连续地递送。养分递送的速率，以摩尔量以及新鲜介质的总液体体积来计，是依赖于藻类培养物的光合活性、藻类品种的可实现细胞浓度、以及所希望的收获率。富二氧化碳（CO2）气体是从位于板底部处的喷头通过培养物鼓泡的。连续或半连续的藻类收获可以是从光板的任一端来进行，典型地是与新鲜培养介质的递送相对的末端。

[0030] 喷头设计以及气泡大小和速率的选择要求认真的选择。将富CO2气体递送到光板中起到多个作用。除了递送CO2作为光合作用所需的主要养分之外，CO2还用作pH缓冲剂。鼓泡也在氧（O2）的气体交换中起到作用。作为光合作用副产物的氧将积聚。在高水平时，O2抑制光合作用。CO2与O2的气体交换是在相反的方向上进行：在气泡往上冒时，CO2离开气泡而O2进入气泡。气体交换速率通过传质函数来指定。气体交换效率或速率与气泡大小有关。表面积（SA）对体积比越高，相对气体交换速率就越高。因而，具有较高的SA对体积比的较小气泡具有相对较高的气体交换速率。将避免长的环流，而偏向局部化的湍流。如上文所描述气泡也用以搅动细胞培养物，从而使细胞曝露于光子下，尤其是在高细胞浓度时在高光条件中。气泡大小越大，藻类细胞位移就越大。由冒泡引起的恒定搅动还将帮助限制生物沾污。

[0031] 高细胞浓度培养物可以通过如由上文所解释的被紧密填塞的“空心横条”新颖构造提供的高的培养物表面积对体积比的结构特性来实现。高细胞浓度培养物需要夜间支持。因为氧是光合作用的副产物并且通常会有过量累积的问题，所以夜间藻类呼吸对氧的需要通常被忽略掉。在低细胞浓度培养物或开放培养系统中，培养介质中溶解氧的量足够用于几个细胞的夜间呼吸，或存在与开放环境的恒定气体交换。在具有超高细胞浓度的密闭系统中，不具有恒定补充源的溶解氧将造成培养失败。

[0032] 在夜间或黑暗时，应在光板底部处施加人工光。人工光将驱动受照射部分中的光合作用，在高于用于夜间呼吸的需氧量的水平上作为用于藻类细胞的氧的补充源。来自光合活性较低的受照射区的O2是通过鼓泡来输送。用含O2的空气来鼓泡可以是一个替代方案。可以利用任何能量有效的人工光源，诸如荧光、LED以及OLED。LED作为当前可用的技术提供了相当多的益处。LED在产生白光方面可以是5倍更有效率。此外，LED可以只产生光合利用到的波长，使得可利用每个光子。额外的能量节省可以依赖于红色波长光子来实现，与任何其他颜色的波长相比产生红色波长光子需要较少的能量。LED照明还具有较长的使用期限，60,000小时往上。利用诸如聚碳酸酯等透明材料的侧照式发光板易于结合到光板中，与用于对水浴或套进行温度调节的围挡隔离或是该围档的一部分。在日间不使用时，侧照式LED发光板基本上是透明的，以允许收集离开地面的自然散射光，这样人工光源就不必每天都被移来移去。

[0033] 高细胞浓度培养物帮助在高且薄的竖直安置式板内建立养分梯度。扩散速率与邻近水平之间的可用横截面积以及浓度梯度成比例。高且薄的光板在相对于高度，或更确切地说是容积，的任何水平处（高于或低于参考水平）具有相对小的横截面积。新颖光板设计中的横截面积通过被紧密填塞的“空心横条”构造来进一步减少，该“空心横条”构造还维持在高水柱的重量下变形的、本该会展宽的塑料袋的结构形状和尺寸。

[0034] 如果在高光板的任一端处将氮（N）连续地施配到藻类培养物，那么存在一个有限的横截面积供N沿养分梯度朝缺N区扩散。此外，在N扩散到邻近水平时，它被大量的藻类细胞消耗。细胞浓度越高，消耗氮的藻类细胞的数量就越高。因此，形成氮施配端处的富氮区与相对端处的缺氮区。过渡区大小与横截面积成比例并且与藻类培养物的细胞密度浓度成反比。较高细胞密度培养物造成的较高消耗速率帮助抑止鼓泡引起的搅拌作用。从而，建立了富N区以优化细胞繁育，并且建立了缺N区以驱动脂肪酸合成。

[0035] 在所希望的特定藻类品种预期积聚大于其干重的50％的脂肪酸含量并且总体单独细胞密度变成小于培养介质的密度的情形中，饱含脂肪酸的藻类细胞将缓慢地漂向光板的顶部，在其中将连续地收获到富脂质细胞。包括N的养分将在光板的底部处施配，其中底部富N环境将加强细胞繁育而顶部缺N环境将驱动脂肪酸合成。对于富脂肪酸细胞具有大于培养介质的单独细胞密度的相反情形，富脂质细胞将停留在光板的底部，在底部处进行收获，并且养分将在光板的顶部处施配。第一种情形可应用于被选择用于或进行基因工程以将油滴隐藏（secret）到培养介质中的藻类品种。所隐藏的油滴将积聚在光板的顶部处，以便易于收获。这种新颖的光板设计可以适应如上文描述的悬浮式培养以及可能的附着式培养，一些油滴隐藏品种可能就是附着式培养。

[0036] 尽管用鼓泡对藻类培养物不断搅拌可能会减慢光板上的生物沉积，但是生物沾污是不可避免的，从而造成塑料膜的光透射效率退化。对可再循环材料如PET的偏向提供了再循环和翻新的最终选项。在再循环之前，在使用期限已尽的光板上残留的生物膜可以用来喂养共存的水生物，诸如鱼。也可以应用新的涂布技术来减慢生物沾污的速率。可能地，可以用光板表面积特性与季节变化性的最佳配对来培养两茬或三茬的不同藻类品种。

[0037] 关于上文的描述，在详细解释此处用于藻类生长的经热成形的竖直安置式系统的至少一个优选实施方案之前，应当理解，本发明既不限制于其应用也不限制在以下描述或图示中的图解中陈述的部件或步骤的安排。所披露的藻类生长系统和发明的各种实施和操作方法能够具有其他实施方案并且能够以本领域的技术人员一旦审阅完本披露便会显而易见的各种方式来实践和施行。并且，应当理解，在此采用的措辞和术语是用于描述目的并且不应被视为限制性的。

[0038] 应当进一步理解，并且本领域的技术人员将了解到，本披露所基于的概念可以易于用作设计用于实现本发明的几个目的的其他竖直安置式系统以及装置的基础。因此，重要的是目标和权利要求书被视为包括此类等效构造和方法，只要它们不偏离本发明的精神和范围。

[0039] 本发明的一个目标是提供光生物反应器，这些光生物反应器可以用合理的成本来建构并且可以用在正常的市场条件下与当前原油竞争的成本来生产产品。

[0040] 本发明的另一个目标是提供一种系统，这种系统系统将连续地实现超高细胞浓度的藻类培养物。

[0041] 本发明的另一个目标是提供一种系统，这种系统系统固有地包括用以防止或限制生物膜的生物沾污或沉积的手段。

[0042] 本发明的另一个目标是提供一种系统，这种系统采用反应器，该反应器在结构上得到增强并且同时提供藻类培养物的高的表面积对体积比。

[0043] 本发明的又另一个目标是提供用于藻类繁殖的所希望的小横截面积，该横截面积同时提供用于限制养分扩散到不同的高度水平以建立养分梯度的手段。

[0044] 本发明的一个目标是提供用于藻类繁殖结构的建构和部署的手段，该藻类繁殖结构由于其结构完整性而在使用中可以竖直地安置并且是实质上有效率的以及成本有效的。

[0045] 所披露发明的另一个目标是提供一种光板，这种光板最大化了太阳电磁能的收集以及太阳电磁能通过光合作用到生化过程中的转化。

[0046] 本发明的又另一个目标是提供一种系统，这种系统采用了使用热成形或注射模制形成的结构，从而允许采用常见的、价格低廉的并且可再循环的透明塑料来形成可高度定制的光板。

[0047] 本发明的另一个目标是应用交错桥接的结构或“空心横条”的所披露新颖概念，这些结构可使用热成形或注射模制来实现，以提供用于本来是薄的塑料膜材料的稳定和结构完整性的手段。

[0048] 本发明的又另一个目标是采用所披露的“空心横条”来得到多个功能，即在进行结构支撑的同时又张开藻类培养物表面积，以及对太阳照射的分布或散射作为用以提供藻类生长的最佳光强度的手段。

[0049] 本发明的另一个目标是“空心横条”将可高度定制以通过采用不同的圆锥高度对底直径比来优化用于藻类生长的表面积和光强度散射。选择考虑因素包括光板上的位置或高度水平以及季节性和地理太阳照射差异。

[0050] 本发明的另一个目标是提供一种手段来通过采用高度能量有效的人工光源如荧光、LED以及OLED来在黑暗的夜间期间向下部区补充人工光，这些人工光源在支持上部区中经历黑暗条件的藻类细胞对O2的需求以及需要O2进行呼吸中被认为是重要的。

[0051] 本发明的另一个目标是提供一种方法来使用用于支撑光板的轨条系统以及用于以空间有效的方式放置这些轨条的定位方案来组织和部署在此披露的高光板。

[0052] 本发明的另一个目标是提供一种轨条定位方法，这种方法提供用于倾向于在夜间期间向下部区维持并且施加补充光的紧密构型的手段，并且这种方法将允许在日间期间光板平移到更均匀分布的样式以利用太阳能。

[0053] 本发明的又另一个目标是提供光板支撑轨条，这些光板支撑轨条被适配为枢转从而提供一种手段来维持光板基本上平行于太阳光束以完全控制曝露到直射太阳光束照射下的藻类细胞的量，并且允许对散射光的更佳使用。光板可以稍偏离平行以调节来自直射太阳光束的较高照射。

[0054] 本发明的其他目标将在说明书的以下部分中呈现，其中详细描述是用于充分披露本发明的目的而非对其加以限制。

附图说明

[0055] 图1描绘所披露系统的高且薄的典型竖直安置式光板。作为关键结构元件的“空心横条”以放大细节来表示。“空心横条”被表示为桥接光板的两个面的圆锥结构。

[0056] 图2描绘典型光板的热成形以及代表性组装的过程。

[0057] 图3描绘通过“空心横条”圆锥结构改造过的光板的内腔室的形状。

[0058] 图4描绘来自显示平移臂的侧视图的代表性轨条系统。

[0059] 图5描绘根据本发明的处于不同操作模式下的具有枢转以及平移机构的代表性轨条系统的俯视平面图。

[0060] 图6示出此处的装置的典型光板，该光板是形成在接合了端盖的一个或多个节段上并且操作性地定位成与滑动轨条支撑件竖直地平移枢转接合。

[0061] 图7是组成将形成在此的光板的多个节段中的单个节段的透视图。

[0062] 图8描绘了图7的节段，其中移除了一个侧壁从而示出从两个侧壁突出到接合相对侧壁的远端的多个阶梯式截头圆锥体突起，作为“空心横条”。

[0063] 图9是来自图7到图8的作为“空心横条”的阶梯式截头圆锥体突起的放大图，示出远端到相对侧壁的接合以及此种构型所提供的用于藻类繁殖的极大增加的表面积。

[0064] 图10到图12描绘作为“空心横条”的突起的其他形状以及构型，这些形状以及构型可以是允许在此描述的结构完整性以及增强的表面积的几乎任何形状。

[0065] 图13示出用于下部区的夜间照射的侧照式LED发光板。

[0066] 图14示出接合到塑料板以将光传送到在图13所示的中央区域中的所形成透镜的LED光源。

[0067] 图15描绘光传递通过装置的光板的增强，这些光板具有交错的突起，其中空心形成在基本上相等厚度的侧壁中。

具体实施方式

[0068] 现在参考图1到图13中的图示，其中类似步骤以及部件通过相似的参考数字来标识，在图1中看到此处的装置10的典型模式，示出了由接合的膜或节段13形成的竖直安置式光板12。光板12以及接合节段13是通过任何方法形成为适当尺寸以及形状的薄透明塑料材料，该方法将生产这些形成光板12的接合节段13，如在此所描述。

[0069] 目前，光板12包括各自具有侧壁15（图9）的多个经热成形的节段13，这些侧壁采用相对互锁的突起14，在此被称作“空心横条”。突起14的远端17被配置为与在所形成的节段13的相对侧壁15中形成的孔隙19密封接合。该塑料材料应当是常规的、价格低廉的、优选可再循环的材料，诸如PET，但可以结合较高性能的材料用于特定功能。

[0070] 由组成单独光板12的相对侧壁形成的薄塑料节段13，通过以被适配为得到用于藻类繁殖的最大表面积的样式包括这些突起14（图9到图11），向光板12提供极大增强的结构完整性以及用于藻类繁殖的增加的区域。突起14的远端17接合到相对侧壁15提供了用以维持在两个侧壁15之间形成的空穴的尺寸的手段以及用以增强光板12的侧向负载能力从而允许竖直安置以及使用的手段。在突起14与相对侧壁15之间没有此种接合的情况下，光板12将会经受侧壁15之间的内部空间的变形以及当以基本上竖直的位置来采用薄壁光板12时由侧向荷载力造成弯曲。突起14的形状可以是适合于安装或任务的任何形状，然而，如图9中所示的截头圆锥体阶梯式构型是装置10的特别有利的模式，因为它最大化了每个侧壁15的、在其上进行藻类繁殖的内表面壁以及由于三角形横截面而在结构上相当坚固，这与简单的细长构件形状相反。

[0071] 完成的高光板12是由一个或优选地多个互锁节段13组装而成以得到所希望的高度。每个节段13都配置有一个上部接合18配件，该配件被配置为与另一个节段13的下部接合20配件密封接合，借此它们可以接合并且堆叠以形成光板12。所形成的光板12被配置为与水源密封接合以向所有接合的节段13的内部供应必需的流体。

[0072] 作为圆锥结构的突起14或“空心横条”可以具有不同的特性并且可以形成为无限数目种形状，在图9到图12中描绘了其中的几种。如所述，突起14的远端17接合了位于节段13的相对侧壁15中的孔隙19。

[0073] 虽然侧壁15可以用得到正确形状的任何工艺来形成，但是热成形是目前有利的建构模式。热成形工艺中用到的模具可以被建造，使得每个模具可以具有不同的圆锥高度对圆锥底直径比。随后可以用一系列可高度定制的不同横条样式来组装光板12，以在特定高度处相对于可用太阳照射来优化光强度以及表面积。此外，用微凸起使模具的表面变得不规则，使得与藻类培养物接触的、通过突起14提供的“空心横条”的表面就接触表面积来说进一步张开。

[0074] 如图1中描绘的具体部件，诸如在所形成光板12的底端上的喷头22、液体介质口24以及排水口26，提供了通过形成光板12的多个接合节段13到达所形成光板12的流体流。喷头22操作性地连接到CO2和或其他气体源并且提供气泡进入介质中的连通，这些气泡在正常操作中是从光板的下部区流到上部区。在光板12的顶端上的挤出或收集口26（它提供了用以从上部区移除藻类的连接）以及中间的取样口28（在其中可以取得介质的测试取样）结合到光板12的脊30中，图2上表示为（A）的区域。液体介质口24将适当的营养液体提供到介质，并且采用排水部分26来在必要时从光板12排出。

[0075] 图1中还示出了就圆锥高度（H）对圆锥底的圆形直径（D）之间的不同比来说可以变化的突起14或圆锥结构。两个不同的圆锥高度对底直径比是用板的上部部分上的较高的比（H=2D）以及下部部分上的较低的比（H=D）来表示。考虑光板的均一厚度或恒定H，较低的比的圆锥圆形底是用为较高比的圆形直径两倍的圆形直径来表示。

[0076] 图2描绘了对侧壁15进行热成形的过程以及典型光板12的代表性组装。薄塑料膜通过热成形（1）给出如侧壁15的形状，其中突起14是处于紧密构型的规则整齐的圆锥突起。将形成侧壁15的塑料膜像蛤壳或书本一样折叠起来（2）。脊（A）的宽度等于圆锥突起14的高度。圆锥突起14的远端17熔合或否则以对齐接合来接合到相对侧壁15，以按照交错方式来形成突起14。每个此种节段13可以通过后续节段的底部到顶部边缘的密封接合来与其他节段13组装。一旦所有的节段都被组装了，便将剩余的开放边缘（B）熔化。

[0077] 以这种方式形成节段13是价格低廉的，并且在需要替换而不是尝试清洁以及以其他方式维护已变脏的节段13时、或在塑料已由于曝露于光下随着时间过去而变浑浊的情况下，允许它们被再循环以及翻新。虽然可以采用在阳光下不容易变浑浊的其他塑料材料，但是因为热成形允许塑料被再循环，并且因为节段13的接合提供一种简易的方式来形成新的光板12，所以可能更成本有效的是简单地再循环来自需要维护的节段13的塑料并且使用新形成的节段13。

[0078] 如图3中所示，突起14从形成每个膜13的相对侧壁15在相反的方向上延伸并且在其间形成薄通道21。藻类培养介质占据了每个膜中所形成的薄通道21中的交错突起14的表面。节段13中的流体以及气体从每个此种节段13的下端流到上端，并且沿着从每个光板12的下端（图1以及图6）到每个光板12的上部区的此流体流路。这允许将养料不断地提供到占据了在突起14的交错圆锥壁之间的薄通道21的藻类培养物。

[0079] 选择了最显著有效并且成本有效的塑料膜厚度。在考虑侧壁15的厚度时，要考虑它们必须提供的支撑、在对突起14热成形以提供横条期间的进一步薄化、以及与所形成光板12自身以及其中所含的培养物的重量有关的施加在处于竖直定向的节段13上的张力。因此，侧壁15的厚度必须能够足够支撑所形成光板12以及其内含物，并且可基于所采用的塑料的强度来进行计算。类似地，光板12的薄度用类似考虑来优化，因为薄度是通过由突起14形成的横条圆锥体的高度来指定。

[0080] 另外，光板12的薄度与光板12的高度相关，使得通过控制光板12的底部处的养分施配速率应当容易地建立养分梯度，这些养分流经每个节段13到达所形成光板12的顶端。光板12的物理尺寸的当前考虑是高度大于16英尺并且直至36英尺高、大约4英尺宽以便于制造，并且节段12的近似厚度直至6英寸但较接近于1英寸。

[0081] 使用图4到图5的轨条系统的部署策略是通过采用由轨条34支撑的接合臂32而变成可行的。臂32提供一种手段使光板12平移以与支撑轨条34滑动接合并且还旋转以与光板12枢转36接合，这描绘在图4和图5中。

[0082] 通过轨条系统提供的部署能力在图5中示出，其中三划线表示基本轨条结构。粗短线（A）表示从俯视图看到的悬吊光板12的宽度。如所示，在图5中标为“A”的夜间构型中，所述轨条系统提供用以平移光板12的手段作为用于方便传送补充人工光的手段，以及用于平移光板到用以维护的位置的手段。

[0083] 在区段“B”中描绘的日间构型采用所提供的光板12平移手段来将光板12定位成交替和/或成角度的位置以得到进入光到每个光板12上的更均一分布，如所示。平移和枢转系统从而操作为用以最大化光板12的定位以最佳地传送进入日光的手段。采用平移轨条的臂以及枢转接合提供了一种手段使光板成角度到多个位置以将它们维持成基本上平行于如在阳光灿烂的晴天（B）的进入直射太阳光束。

[0084] 另外在图4中示出了任选顶板50，该顶板可以遮盖装置10并且运作以扩散太阳光。还描绘了用于装置10的支撑表面51，该支撑表面可以刷有或涂有被适配为散射向光板12反射的光的材料。顶板50以及支撑表面51对用户来说会是对装置10的性能的任选增强，该顶板以及支撑表面可以被添加并且被适配为用于扩散以及散射能力，这取决于装置
10的陆地位置以及容纳光板12的结构与其上方的太阳路径所成的角度。

[0085] 图6中示出此处的装置10的典型光板12，该光板是形成在接合了端盖21的一个或多个节段13上。定位较低的节段13的上部接合18配件被配置为与在上方定位的节段13的一个下部接合20配件密封接合。这允许使用被放置成堆叠密封接合的一个或多个节段13来将光板12组装到所希望的高度。从喷头24以及液体介质口22流入的流体以及气体从定位最低的节段13的下部接合20附近的区域向上移动通过所有节段13，直到到达定位最高的节段13的上部接合18以及接合在其中的端盖23为止。流体以及气体流经每个节段13中的通道21以将其中的藻类生长环境维持在最佳水平。为了最大化光透射以及进行定位以便维护，光板12是通过提供用以使光板12旋转的手段的枢轴36并且操作性地竖直地接合到滑动地接合到轨条34的支撑件32上。当然，本领域的技术人员将认识到，喷头与液体介质口可以组合，并且可以采用其他构型来将流体以及气体供应到光板12，并且这预期是在本申请的范围内。

[0086] 图7是组成将形成此处的光板12的多个节段13中的单个节段13的透视图。如所示，两个侧壁15被描绘成各自具有突起14，突起14在其远端17处接合相对侧壁15中的孔隙，这向每个节段13提供了优越的结构完整性。

[0087] 图8描绘了图7的节段13，其中移除了一个侧壁15从而示出从两个侧壁15突出到远端17的多个阶梯式截头圆锥体突起14。所描绘的远端17在所有情况下都经定大小以接合孔隙19或在相对侧壁15中的其他接合部件。本领域的技术人员将认识到，可以采用用以接合突起14的远端17的其他手段来实现此处的优越结构完整性并且这预期是在本申请的范围内。然而，目前突起14的远端17在相对侧壁15中的孔隙19或棘爪中的接合是装置10的有利模式。

[0088] 图9是来自图7到图8的阶梯式截头圆锥体突起14的放大图，示出远端17到相对侧壁15中孔隙19的接合以及此种构型向侧壁15表面提供的用于藻类繁殖的极大增加的表面积，同时又提供结构强度以及完整性的优越增加。

[0089] 图10到图12描绘突起14的其他形状以及构型，本领域的技术人员将认识到这些形状以及构型可以是允许在此描述的结构完整性以及增强的表面积的几乎任何形状。然而，在此描绘的阶梯式截头圆锥体形状是突起14的目前有利的形成模式。

[0090] 如图13和图14中所示，此处的系统另外地可以提供用于将人工光透射到形成光板12的节段13的手段。目前，此种人工光通过围绕透明塑料板44的周边定位的发光二极管（LED）40产生。来自LED 40的光被传送到板44中，其中它行进到板44中的被适配为将光传送到光板12内的介质的位置。在那些位置中，在板44中形成切口或凹口46，使传送到板44中的光投射到节段13中以及到其中的介质。然而，透明板44不阻挡任何可观量的阳光或自然光透射过其中并且因此在不使用时允许自然光完全传送到介质。

[0091] 在图15中，示出了用于使通过装置10的光板12的光通道得到增强的手段，该手段是通过突起14的空心部分提供，这些空心部分提供了在光板12的内部上在所有表面上增加的传播表面积。通过由侧壁15材料形成突起14并且留下一个空心，光不受抑制地传递通过侧壁15材料到达光板12内部，该侧壁15材料在突起14的区域中基本上与周围侧壁15一样厚。因此，光同样地透射通过形成侧壁15以及突起14的材料。

[0092] 虽然已参考其特定实施方案在此示出并且描述了用于藻类生长的竖直安置式装置以及方法的基本特性以及特征，但是大范围的修改、各种改变以及替代既定是在前述披露中，并且将显而易见的是在一些情况下，可以采用本发明的一些特征而没有对其他特征的对应使用，而不会脱离如所陈述的本发明的范围。还应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以由本领域的技术人员做出各种替代、修改以及变化。因此，所有此类修改以及变化是替代，并且包括在如由权利要求书限定的本发明的范围内。