(57)【要約】  二酸化炭素及び光へのアクセスを供給するガス環境における支持体に固定化された藻類の増殖のために、並びに後続の収穫及びバイオマス処理のための組成物、物品、装置、方法及びシステムが提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
藻類バイオマスを増殖させ収穫するための方法において、
基材内又は前記基材上での増殖のために、藻類細胞を前記基材に塗布する工程と、
前記藻類を水和することを含む前記藻類の増殖を支援するために、二酸化炭素及び水を含むガス環境内で前記基材及び藻類を保つ工程と、
前記藻類を更に水和するために、液体を前記基材に塗布する工程と、
前記藻類に栄養補給するために前記基材に栄養素を塗布する工程と、
前記基材への前記栄養素の塗布前の一定期間にわたって前記基材への前記液体の前記塗布を低減する工程と、
前記基材への前記栄養素の塗布後の一定期間にわたって前記基材への前記液体の前記塗布を低減する工程と、
前記藻類の増殖を支援するために、前記藻類及び前記基材へ光を供給する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記ガス環境が、ガスのみ又は前記ガスと液体の混合物を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記ガスが、気相での二酸化炭素及び水を含み、前記ガス環境の前記液体が、噴霧又はミストにより提供される水を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記二酸化炭素ガスが、３００〜１０，０００百万分率の濃度で提供されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記藻類及び基材における二酸化炭素に、前記藻類による前記二酸化炭素の吸収を増加させるよう強制する工程を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記藻類及び基材においてガス状水性ガスを押し込む工程を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、前記藻類及び基材に塗布される前記液体が、水、水道水、濾過水、蒸留水、脱イオン水、及び汚染水の少なくとも１つを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、前記基材が、織布及び不織布の少なくとも１つを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、前記基材が、ポリエステルスパンボンド不織布を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、前記基材が、１ｍｍ及び１０ｍｍの間隔を有する格子基材を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、前記藻類の一部を前記基材から収穫する工程を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、前記基材が、可変的な空隙率、テキスチャー又は毛管特性を含み、１ミリメートル〜１０ミリメートルの厚さを有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法において、前記藻類の前記増殖の間に、前記基材を移動させて、前記藻類への太陽光の曝露を増加させる工程を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法において、前記光を供給する工程が、非太陽光の光源から光を供給することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法において、前記藻類の前記増殖の間に、前記基材及び藻類が輸送されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、前記基材及び藻類が輸送されると同時に前記基材から前記藻類の一部を収穫する工程と、後続の収穫のために増殖を続けるよう前記藻類の一部を残しておく工程とを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法において、前記藻類及び前記基材が、少なくとも１つの明期及び少なくとも１つの暗期に曝されるように、前記藻類及び基材への前記露光を低減する工程を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、前記ガス環境における二酸化炭素の前記ガス密度が、少なくとも１つの前記暗期の間よりも少なくとも１つの前記明期の間で高いことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、前記ガス環境における二酸化炭素の前記ガス密度が、前記明期の間で３００〜６０００百万分率であり、前記暗期の間で３００〜６００百万分率であることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法において、前記基材が、閉鎖容器の床空間の１平方メートル当たり８０平方メートル以上の表面積を提供することを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１１に記載の方法において、前記収穫により、更なる増殖のための接種物として元のバイオマスの少なくとも５０％がそのまま残ることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１１に記載の方法において、前記収穫する工程が、機械的ナイフ、エアナイフ、又はノコギリで切断すること、ブラッシング処理、若しくは前記藻類を真空吸引しローラで押し出すことの少なくとも１つを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１１に記載の方法において、前記収穫した藻類を乾燥する工程を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１１に記載の方法において、前記収穫した藻類を処理して、中間産物及びエンドユーザ産物の少なくとも１つを産生することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、前記中間産物及びエンドユーザ産物の前記少なくとも１つが、脂質、タンパク質、バイオディーゼル燃料、アルコール、食品用微細藻類を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１に記載の方法において、前記藻類が、微細藻類及び大型藻類の少なくとも１つであることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１１年６月１３日に出願され、「ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮ，ＡＲＴＩＣＬＥＳ，ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＥＳ，ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＲＥＬＡＴＩＮＧ  ＴＯ  ＡＬＧＡＥ  ＢＩＯＭＡＳＳ」と題された、米国仮特許出願第６１／４９６，１７１号に対して優先権を主張するものであり、全ての目的のために、その全内容が参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
本発明は、藻類バイオマスに関する組成物、物品、装置、方法及びシステム並びに藻類バイオマスの用途に関する。
【背景技術】
【０００３】
化石油の世界的な増加需要は、価格高騰並びに大気中の放出された二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、及びその他の有毒ガスによる増大する大気汚染の２つの重要な課題をもたらした。近年、湿式培養中の単細胞性藻類の増殖が、商業上有用なバイオディーゼルに変換され得る脂質を含有する藻類バイオマス、又はアルコールに変換可能なバイオマスを生成することが提案された。５５種の調査された微細藻類種の脂質含量に関して２３％の平均値であることが報告された。藻類バイオマスは、自然太陽光エネルギーで、大気中の炭素を消費し、これらの脂質含量を生成するために、藻類由来のバイオディーゼルが使用される場合、化石油由来のものよりはむしろ炭素収支が改善される。
【発明の概要】
【０００４】
藻類燃料を製造するための既知のプロセスの商業化には、様々な問題が存在する。開放式池生産システムは、一部の地理的エリアでは実用的であり得るが、他のエリアではそうではないことがある。高光合成効率を備える既知の密閉式光バイオリアクタが開発され評価されているが、商業化にはほど遠いように思える。既知の増殖及び収穫プロセスは、エネルギー集約的、水集約的、及び高価と思われ、藻類のバイオマスを生産し燃料を得るために、スケーラブルかつ費用効果がよい手段をもたらす、これらの短所の１つ又は複数に対処する解決方法に対する要求が依然としてある。
【０００５】
本開示は、藻類バイオマスに関する組成物、物品、装置、方法及びシステムに関するいくつかの実施形態及び実施形態の態様又は特徴並びにその用途を記載する。
【０００６】
一態様では、本開示は、藻類バイオマスを増殖し収穫するための方法である。方法は、基材内又は基材上の増殖のために、藻類細胞を基材に塗布することを含む。基材及び藻類は、藻類を水和することを含む藻類の増殖を支援するために、二酸化炭素及び水を含有するガス環境中で存在することができる。液体を基材に塗布し、藻類を更に水和することができる。栄養素が基材に塗布され、藻類に栄養補給することができる。基材への液体の塗布は、栄養素を基材に塗布する前の一定時間にわたって、減らされることが可能であり、並びに栄養素の基材への塗布後の一定時間にわたって、減らされることが可能である。藻類の増殖を支援するために、光が藻類及び基材に供給され得る。
【０００７】
他の実施形態及びその態様又は特徴としては、構造、組成物、方法論、及び上述の方法実施形態を実行する手段が挙げられる。更に、複数の構成要素又は態様を有する複数の実施形態が開示されるが、本発明の更に他の実施形態、構成要素、及び態様は、本発明の例示的な実施形態を示しかつ説明する以下の発明を実施するための形態から、当業者には明白になるであろう。したがって、図面及び発明を実施するための形態は、本質的に例示的であり、限定的ではないと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本開示の物品、装置、方法及びシステムの一実施形態の略図である。
【図２】図２は、液体貯留部を提供する基材クランプの一実施形態の略図である。
【図３】図３は、基材であってそれを貫通する穴を有する基材の一実施形態の略図である。
【図４】図４は、巻き出し及び巻き取りローラを使用する一実施形態の略図である。
【図５】図５は、図４に示す実施形態に類似する一実施形態の略図である。
【図６】図６は、連続ループを使用する一実施形態の略図である。
【図７】図７は、図１及び６に示す実施形態に類似する一実施形態の略図である。
【図８】図８は、図１、６及び７に示す実施形態に類似する一実施形態の略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
藻類細胞及び微細藻類細胞（又は藻類）を増殖させること及び別の方法で処理することに関連する組成物、物品、装置、方法及びシステムを含む本開示の特定の実施形態が、以下に記載される。これら実施形態及びこれらの様々な構成要素は、本明細書中に開示された技術の例示に過ぎない。任意のエンジニアリング又はデザインプロジェトにおけるような任意のかかる実際の実装形態の開発においても、実装形態ごとに変わり得るシステム関連の制約及びビジネス関係の制約への適合性など、開発者の特定の目標を達成するために、多数の実装形態ごとに個別の決定がなされ得ることが理解されるべきである。更に、かかる開発努力は、時間が掛かる場合があるが、それにもかかわらずこの開示の利益を受ける当業者に対して設計、組立、及び製造を始めるルーチンであるということが理解されるべきである。
【００１０】
本開示の様々な実施形態の構成要素を導入する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、構成要素の１つ又は複数が存在することを意味することを意図する。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、含んでいることを意図し、列挙された構成要素以外の追加的構成要素があり得ることを意味し、含まれる構成要素のそれぞれが必須であることを意味するよう意図していない。これに加えて、本開示の「１つの実施形態」又は「一実施形態」への言及は、列挙された構成要素も組み込む追加の実施形態の存在を除外するものとして解釈されるよう意図していない。
【００１１】
図１は、懸架部材１０、懸架ホルダー１２、ガス環境を提供する閉鎖容器１４又は温室、バイオマス容器１５、懸架部材１０及び懸架ホルダー１２により閉鎖容器１４内で吊るされる藻類増殖用基材のシート１６、及び基材１６上で増殖した藻類をバイオマス容器１５に移すための収穫装置１７を含む一実施形態を図示する。懸架部材は、ワイヤとすることもケーブルとすることもでき、懸架ホルダーは、藻類が基材１６上で増殖する間に、ほぼ垂直位置にあるシートを保持するクリップとすることができる。
【００１２】
藻類は、微細藻類又は大型藻類であり得る。微細藻類の例としては、珪藻類（バシラリオフィセアエ（Ｂａｃｉｌｌａｒｉｏｐｈｙｃｅａｅ））、緑藻類（クロロフィセアエ（Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｃｅａｅ））、紅藻類（ロードフィセアエ（Ｒｈｏｄｏｐｈｙｃｅａｅ））、黄緑藻類（キサントフィセアエ（Ｘａｎｔｈｏｐｈｙｃｅａｅ））、黄金藻類（クリソフィセアエ（Ｃｈｒｙｓｏｐｈｙｃｅａｅ））、褐藻類（ファエオフィセアエ（Ｐｈａｅｏｐｈｙｃｅａｅ））、及びユーグレナ藻類が挙げられる。２つの特定の微細藻類は、セネデスムス・オブリクス（Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ  ｏｂｌｉｑｕｕｓ）及びクロレラ・ブルガリス（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｖｕｌｇａｒｉｓ）である。
【００１３】
懸架ホルダー１２に代わるものとして、図２に示すような単一の懸架ホルダー１８が、シート１６の両面の広い表面積を保持することもこれに圧力を加えることもできる。これに加えて、ホルダー１８は、液体（例えば、水及び／又は栄養組成物）を受容し、この液体を留められた基材１６に塗布することができる内部貯留部を有することができることで、液体が重力で基材に流れ下り、藻類細胞を濡らし、これらに栄養を提供し、若しくは両方が可能である。
【００１４】
前述のアプローチの１つ又は複数を使用することが、例えば、温室１４の床面積の１平方メートル毎に、８０平方メートル以上の藻類が増殖する表面積を提供するよう使用され得る。例えば、１０個の基材１６の群又は基本単位が用いられ得る。自然太陽光を入れる温室内では、基材は、シートを回転させて基材１６上の藻類に接触する太陽光の量を増加させることができる装置（図示せず）に接続され得る。
【００１５】
藻類細胞を基材１６に塗布するための様々なアプローチが使用され得る。アプローチの１つは、藻類細胞の容器内（図示せず）に基材１６を浸漬することを伴う。別のアプローチは、藻類／アルギン酸塩懸濁液を基材１６上に噴霧することを伴う（本明細書で後に示す）。塗布される場合、藻類細胞は、藻類が基材１６に接着し及び／又は藻類が基材内及び／又は基材上に保持されるように、アルギン酸塩又は他のゲル内に懸濁され得るか、若しくは水又は他の液体で湿潤され得る。藻類は、基材１６に塗布される場合、代わりに乾燥しているか又は比較的乾燥していることもあり、その後基材１６上及び／又は基材内で一旦湿潤され得る。
【００１６】
栄養素は、スパイクアプローチを使用して、例えば毎日１、２、３又は４回加えられることができる。栄養素は、基材及び／又は藻類に、水性栄養組成物のミスト又は噴霧内で塗布され得る。これの代わりに又はこれに加えて、栄養組成物は、重力を使用してこれを懸架基材１０の上部から下部に流すことにより、懸架基材１６に供給され得る。栄養素の供給の前後に、上記で開示した藻類への水の塗布が、一時的に中断され、藻類による栄養素の吸収を増加させることができる。
【００１７】
供給栄養溶液中の多量栄養素及び微量栄養素の量は、細胞増殖及び分裂を可能にする又は更には最適化するよう供給されることができる。栄養素のいくつかは、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）及びカリウム（Ｋ）が挙げられる。炭素は、大気中又は水中に溶解した二酸化炭素から提供され得る。窒素は、市販の硫酸アンモニウム又は硝酸アンモニウムにより提供され得る。リンは、市販のリン酸塩又はオルトリン酸塩により提供され得る。カリウムは、市販の硫酸カリウム、塩化カリウム又は硝酸カリウムにより提供され得る。これら元素は、各種の増殖条件に応じて、２００：１０：１又は３００：５：２のＣ：Ｎ：Ｐなどの特定比で提供され又は準備されることができる。Ｎ：Ｐ：Ｋの比もまた、藻類の１つの群から別の群の間で変化することができる。例えば、この比は４：２：２又は５：２：１であり得る。
【００１８】
これに加えて、銅、亜鉛、モリブデン、コバルト、マグネシウム、マンガン、鉄等の元素並びに他の元素が、選択された藻類種に適合するよう加えられることが可能である。加えた栄養溶液からの栄養素の除去は、微細藻類増殖基材１６から浸出する残留窒素源のモニタリング後に行われ得る。
【００１９】
本明細書に記載するように、栄養素は、脂質合成プロセス及び／又は藻類細胞産生に有益性をもたらすために、連続的よりはむしろ、例えばスパイクアプローチを使用して断続的に提供され得る。栄養素の供給間の時間は、例えば、１時間、６時間、１２時間、又はより短時間とすることができる。
【００２０】
藻類は、閉鎖容器内で提供されるガス環境中で増殖されるが、藻類は、藻類増殖中に十分な水を提供され得る。基材１６を灌漑するための貯留部を使用する上記で開示したアプローチに加えて、液体の水のミスティング又は噴霧により、水が基材１６又は基材１６の上部に加えられ得ることで、重量がミスト状の水又は噴霧された水を基材１６の下部に移動させ、基材１６の下部を灌漑させる。この代わりに又はこれに加えて、シート１０周辺の環境は、８０％又はこれを上回るか下回るなどの高い相対湿度を有することができ、基材１６上の藻類への所望の量の水を維持し又はこれに加えることができる。藻類に提供される水の量は、蒸発により藻類又は温室から失われる水の量に依存することができる。液相における水の供給及び気相における水の供給は、十分な水を供給するよう調製されることができ、必要に応じて、十分な量よりも少なく又はそれ以下とすることもでき、これにより水の浪費の低減及び／又は藻類への供給を目的とする光エネルギー及び／又は二酸化炭素の妨害が低減される。基材１６を滴り落ちる水又は温室内で凝縮する水などの、供給されるが藻類によって使用されない水は、回収され、必要に応じて濾過され、再利用され得る。
【００２１】
藻類の増殖中に、二酸化炭素濃度は、大気中の通常の濃度以上に増加され得る。例えば、二酸化炭素濃度は、大気中の二酸化炭素濃度の５倍、１０倍又はそれを超えるものであり得る。更に、光が藻類に供給される増殖期間の一部の間では、ある濃度は６０００百万分率であり得、より少ない光が藻類に供給される又は光が藻類に供給されない増殖期間の部分の間では、より低い濃度が使用される。
【００２２】
温室内部の温度は制御されることができ、すなわち実質的に一定を保たれるか必要に応じて変更され、若しくは温室の外部の条件で変動し得る。開示した実施形態を使用して、藻類に接する又は包囲するガス及び液体の温度は、池又は他の主として液体増殖環境において藻類を増殖することに関連するアプローチよりも、より迅速に（かつより少ないエネルギーで）上昇又は下降させることが可能である。更に、藻類の選択は、例えば、特定の藻類は他のモノよりも高温で良好に増殖するなど、温室の温度の変化（及び他の条件）に依存し得る。ガス環境及び／又は供給された液体の温度は、例えば、１０℃〜３５℃であることができる。藻類の一部の種は、１６℃〜２７℃で増殖する。温度は、より具体的には、１８〜２０℃の範囲であり得るが、変動し得る。
【００２３】
水及び栄養素を藻類に加えるタイミングの例は、０〜９時間の間に水を加え、９〜１０時間の間には何も加えず、１０〜１１時間の間に栄養組成物（これは水を含むことができる）を加え、１１〜１２時間の間には何も加えず、１２〜２１時間の間に水を加え、２１〜２２時間の間には何も加えず、２２〜２３時間の間に栄養組成物を加え、２３〜２４時間の間には何も加えず、２４〜３３時間の間に水を加え、３３〜３４時間の間には何も加えない等である。この栄養組成物は、例えば、基材１６上へのスパイクミスト、液体の噴霧又は液体流により、藻類の集団に塗布され得る。本明細書に詳細に開示されるように、必要な場合、藻類又は藻類の一部は基材１６から収穫され得る。
【００２４】
藻類増殖中には、自然太陽光又は人工光の一方又は双方が使用され得る。記述したように、基材１６は、日中に太陽光をより良く利用するために移動されることができる。人工光は、１つ又は複数の人工光源２２を使用して、連続的に供給され得るか、又は１つ又は複数の明期間と暗期間（光が少ないか又は光がない）に曝されることができる。かかる期間の一例は、１６時間の明期間及び８時間の暗期間である。
【００２５】
人工光の供給源の１つは、蛍光灯の照明であり、これは全範囲の、部分的な、選択された、又は組み合わされたスペクトルを提供可能である。発光ダイオード（ＬＥＤ）及び高圧ナトリウム灯などであり得る白熱光が使用され得る。一部の光源は、例えば、青色（４００〜５００ｎｍ）、緑色（５００〜６００ｎｍ）、及び赤色（６００〜７８０ｎｍ）の特定の波長を放射することができる。人工光源は、これが基材１６上の増殖する藻類を照射する方法で設置され得る。光源の位置は、藻類がその上で増殖する基材１６の表面に対して垂直に光を向けるよう選択され得るか、又は基材１６の側により多く光を向けるように選択され得る。藻類増殖のための輝度は、一般的には、２０〜４００μモル／ｍ２／秒の範囲内、より具体的には８０〜１４０μモル／ｍ２／秒の間の範囲内にあることができる。本明細書に記述されるように、露光の期間及び露光がない（露光が低減された）期間、すなわち明期間及び暗期間は、人工光源を使用して（又は使用されずに）用いられ得る。明−暗周期の持続時間は、藻類の群間で変化することができる。かかる周期の１つは、１２〜１４時間の明期間を含むことができる。他の周期は、例えば、５時間のより短い明期間又は１９時間のより長い明期間を含むことができる。暗期間は、増殖される特定の藻類及び／又はエネルギーの使用を含む増殖プロセスの他の態様に十分に適合するように調整され得る。
【００２６】
更に、クロロフィルａ及びｂの第一励起状態に到達するために、赤色ＬＥＤなどの赤色光源が使用され得る。青色ＬＥＤなどの青色光もまた、赤色光光子よりも約４０％多いエネルギーを提供する青色光光子として使用され得る。他の波長における光は、細胞増殖及び代謝の調節において補助することができるために、他の波長の光源も同様に用いられ得る。光阻害を防止するか又は低減するために、明／暗周期をシミュレートするよう光源はフラッシュされることができる。束密度及び時間周波数は藻類増殖速度に影響を及ぼす場合があるので、それぞれは増殖される藻類に適合するよう設定され得る。１つの特定のアプローチは、約１０倍長い持続時間（＞１００μｓ）の暗インターバルを有する短い持続時間のフラッシュ光（＜１０μｓ）を伴う。
【００２７】
エネルギー効率並びに例えば湿式培養に使用される容器内の藻類の上部層による光の妨害に起因する光合成のための光利用率の固有の限界を解決する様々なアプローチが本明細書で開示される。すなわち、光阻害及び光合成の弱光ストレスが、藻類のバイオマス産生を低下する可能性がある。更に、光合成色素（クロロフィル）は、例えば、限定されないが、４４０ｎｍ及び６８０ｎｍ周辺の波長におけるより最適な光吸収を呈することができる。全スペクトルをカバーする白色光は、完全に吸収され得ず、光源として好適なことがあるが、場合によっては光の一部が廃棄エネルギーとして反射されるか透過されるであろう。これら２つの波長の周辺で提供される人工光源は、使用され得る藻類増殖に有効な光に使用されることができる。
【００２８】
光センサ２４は、光を感知するよう使用され得、例えばプログラム可能なコントローラ（図示せず）によって、人工光をオン、オフに切替えることができ、及び／又は人工光の強度及び波長を、感知した光強度、波長、基材１６上の（又はその近辺の）露光の持続時間、及び／又は所望の強度、波長及び持続時間に応じて変更することができる。この制御アプローチは、晴れの期間中には自然光を使用し、夜間、曇りの日、又は異なる強度、波長、及び持続時間が望ましい場合には補足的な人工光を使用することにより、所望の露光及びエネルギーのより有効な使用の双方をもたらすよう使用され得る。
【００２９】
上記開示の光源と併せてソーラコレクタが使用され得る。すなわち、自然太陽光が温室又は閉鎖容器内部又は外部で収集され、人工光源に直接的に動力供給するため又は後に人工光源に動力供給することができる電池を充電するために使用され得る。
【００３０】
基材１６の実施形態のために、様々な材料及び形状が使用されることができる。基材１６は、藻類の接種、増殖及び収穫を促し、本明細書で開示される基材１６の使用に持ちこたえる構造及び組成を有し得る。基材１６は、単一の織布又は不織布層、メッシュ又は格子基材などの単一の材料であることができる。単一の不織布基材の例は、ＤｕＰｏｎｔ社及び他社から入手可能なものなどのスパンボンドのポリエステルである。別の例は、Ｊｏｈｎｓ  Ｍａｎｓｖｉｌｌｅ社及び他社から入手可能なものなどのスパンボンドのポリプロピレンである。他の不織布は、メルトブローン不織布及びスパンレース不織布であることができる。
【００３１】
あるいは、基材１６は、複数の織布及び不織布層、フィルム層を備えた不織布層、及び格子層を備えた織布又は不織布層などの材料の組み合わせであることができる。不織布層の組み合わせは、メルトブローン布から作られた第２の層を伴うスパンボンドのポリプロピレン又はポリエステルから作られた第１の層であり得る。スパンボンドは、より多くの藻類細胞が居住することができる嵩高さとより細かな開放マトリクスをもたらすメルトブローンに強度を提供することができる。格子材料は、組み合わせ布に同様に強度をもたらすことができる。格子は、例えば１〜１０ｍｍの間隙を備えたナイロン格子であり得る。
【００３２】
様々な基材の上述の実施形態の代わりに又はこれに加えて、基材１６は、その上に又はその内部で藻類が増殖することができる主層（上で開示したものなど）と、増殖する藻類の保護又は封じ込め、若しくはその支持を提供するための薄い不織布層などの上部カバー層とを含む。薄い下層が、更なる保護、封じ込め又は支持のために加えられることができる。上部又は下部層はまた、前に開示した実施形態のような強さを提供することができる。かかる三層実施形態の１つは、ビスコース不織布の層をその間に備える２つの外部ポリエステルスパンボンド不織布層であることができる。ビスコース不織布層は、レーヨン系不織布及び他のセルロース系不織布を含む他の不織布材料がそうすることができるように、親水性を提供することができる。熱可塑性であるポリエステル外部層は、三層構造を結合させるために、ポイント接着など熱接着され得る。前述したビスコース不織布層の代わりに又はこれに加えて、界面活性剤で処理されたメルトブローン不織布層を使用する構造などの他の構造も同様な結果をもたらすことができる。なお更に、他の基材は、多層基材であるよりはむしろ、スパンボンド繊維、メルトブローン繊維、熱可塑性繊維、セルロース系繊維、並びに他の繊維型及び組成物の混合物などの、複数の繊維型及び／又は組成物を含有する単層構造であることができる。
【００３３】
基材１６は、上述のように親水性であり得、このことは基材１６、水、藻類、及び／又は栄養組成物の間の密着をより一層可能にすることができる。基材はまた、４．５〜１１の間の範囲などの、藻類増殖を促すｐＨを有することができる。基材１６は、藻類へのいかなる毒性も回避又は低減するよう選択され得る。
【００３４】
基材１６の様々な実施形態の組成及び／又は構造は、藻類へのかなりの露光に寄与し得る。基材１６は、基材１６上、基材１６内及び／又は基材１６を通しての大量の光及び光の大きなパーセンテージの透過を可能にし、大量の光を基材１６上又は基材１６内の藻類の大部分に提供することができる。露光への寄与としては、例えば、基材１６を構成する材料の透明性又は半透明性（更に、半透明な場合、基材１６の色は白色又は別の淡色であり得る）、並びに基材１６を構成する材料の開放性が挙げられる。一例は、白色のスパンボンドポリエステル布を含む基材である。別の例は、白色のポリエステル織布を含む基材である。ポリマーフィルム層が、織布又は不織布層と共に使用される場合、ポリマーフィルム層は、透明又は半透明（更に、半透明の場合、基材は白色又は別の淡色であり得る）であることで光透過を可能にすることができる。
【００３５】
基材１６の様々な実施形態の組成及び／又は構造は、藻類への二酸化炭素のかなりの曝露に寄与することができる。織布又は不織布などの基材１６の開放性は、二酸化炭素などのガスの基材１６内へ及び／又は基材１６を通しての通路を可能にする。本明細書に開示するように、基材１６及び藻類を包囲する環境内の二酸化炭素の濃度は、大気中の通常の濃度より高く増加され得る。示していないが、純粋な二酸化炭素又は高濃度の二酸化炭素を有するガス状混合物は、二酸化炭素の供給源に接続される１つ又は複数のノズルからなど、基材１６上に、基材１６内に、及び／又は基材１６を通じて流され得る。二酸化炭素に加えて、ガス状の水が、基材１６上に、基材１６内に、及び／又は基材１６を通じて流され得る。更に、このガスの一部の基材１６を通して強制的に通過させられるガスは、藻類により発散される酸素を除去するための手段及び温室内のガス状組成の制御のための手段として、真空装置で収集されることができる。
【００３６】
基材１６は、藻類接種、増殖及び／又は収穫を促すなど、上で開示したアプローチの態様を促す他の態様を有することができる。基材１６Ａの一実施形態を図３に示す。基材１６Ａは、それを貫通する穴を備えた不織布である。この穴は、ガス、液体及び太陽光の通過を増大することができる。穴の形状の１つは、ダイヤモンド形であり得るが、穴は円形、楕円形、正方形、矩形であり得、又はいくつかの他の形状を有することができる。一実施形態では、各穴は、１０．５ミリメートル×３ミリメートルの寸法を有し（図３ではより大きく示しているが）、これは１７．４平方ミリメートルの空間に等しい。例えば、一実施形態は、５８，５００平方ミリメートルの面積を有するシート上に、４２個のこの寸法の穴を含む。寸法、形状、間隔、及び穴の他の態様は、必要に応じ変更され得る。
【００３７】
基材１６を濡らすための又は栄養組成物内で使用されるための液体は、水道水、濾過水、蒸留水、脱イオン水、及び／又は廃水などの水であることができる。廃水は、藻類増殖を可能にする又はこれに更に寄与することができる特定の汚染された流出水を含むことができ、これは、藻類を十分に水和された状態に保つことと、廃水を使用することとの２つの結果をもたらすことができる。基材１６から滴下するいずれの廃水も、藻類による水中の組成物の吸収の結果として、汚染がより少ない状態であることができる。栄養素を豊富に含む廃水を使用するために、開示する装置及びシステムは、かかる廃水の供給源に近接して配置され得る。
【００３８】
後続の処理のために基材１６から細胞を収穫する前の増殖期間は、様々な長さの時間であり得る。例えば、第１の収穫は、接種後３日であることができる。連続的な以降の収穫は、第１の収穫後、毎日、２日毎又はそれを超える間隔で行うことができる。
【００３９】
図１に示すそれぞれの収穫装置１７は、基材１６の藻類の第１の部分又は量を搾り取り、１つ又は複数の後続の増殖のための接種物として第２の部分又は量を有効に残す２つのローラから構成される。収穫装置１７は、基材１６の各シートについて示しているが、この代わりに、収穫装置１７がシート間を移動され得るか又はコンベアを使用してなど、シートが収穫装置１７に輸送され得るかのいずれかで、１つの収穫装置１７が温室内のシートの全て又は一部を収穫するよう使用されることができる。基材１６から藻類を搾り取る代わりに又はこれに加えて、空気若しくは別のガス又はガス混合物を基材１６に向ける１つ又は複数のノズル又はエアナイフ（図示せず）を使用して藻類を吹き飛ばすことにより、藻類が基材から取り外され得る。
【００４０】
本明細書に開示する様々な実施形態は、基材の平方センチメートル当たり１０９細胞、基材の平方センチメートル当たり１０１０細胞に到達するか、これを上回る有意な濃度又は数の産生をもたらすことができる。これに加えて、本明細書の開示は、藻類を産生するための水の有効な使用、その高窒素含量の理由での都市排水、農業廃水の使用を示唆する。開示したシステム、装置、方法、物品及び組成物はまた、不毛地、乾燥地、及び／又は傾斜地上の温室の組立てを含む様々な設置位置においても使用され得る。
【００４１】
本明細書に開示されるアプローチは、遠心分離を使用するなどの収穫した藻類から水を除去する必要なく実行され得る。しかしながら、収穫され濃縮された藻類は、必要に応じて、遠心分離器を使用して更に濃縮され及び／又は、例えば藻類を乾燥用オーブン内に配置することによる、又は藻類を脱水するために、藻類を単純に放置し乾燥機のガス及び／又は日光に曝すことによるなどの様々な方法で乾燥され得る。脱水された藻類は、ポリエチレンバッグなどのバッグ中に保持され、後の使用のために保管され得る。後の使用とは、例えば、本明細書でより詳細に開示する、脂質などの藻類の特定部分の抽出、分画化、又は他の単離を挙げることができる。
【００４２】
上で開示する構造の使用の一例は、以下の通りである。不織布基材は、２つの微細藻類、セネデスムス・オブリクス（Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ  ｏｂｌｉｑｕｕｓ）及びクロレラ・ブルガリス（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｖｕｌｇａｒｉｓ）の混合物を増殖させるために使用した。基材の表面積は、５５８平方センチメートルであり、２つの微細藻類の混合物を含有するアルギン酸塩の１％溶液で基材を覆うことにより、これを接種した。藻類細胞密度は、１０５細胞毎ミリリットルであった。基材を温室内で垂直に吊るし、これを９０％〜９５％の相対湿度において、２０℃〜２６℃の温度で維持した。明期は１日当たり１６時間であり、暗期は１日当たり８時間であった。二酸化炭素濃度は、５００百万分率〜１５００百万分率であった。栄養素を、水性栄養組成物で藻類に塗布した。藻類を３５日間増殖させた。基材の重さを測定することにより、増殖を毎日監視した。上で開示した加圧ロールアプローチを使用して、収穫を３日毎に実施した。基材に覆われた床面積の毎平方メートル当たり３日毎に、２０グラム〜８０グラムの藻類を収穫した。最初の接種後藻類細胞は添加せず、このことは、接種、増殖及び収穫アプローチが、藻類のバイオマスの産生のための持続可能なアプローチをもたらしたことを示唆している。
【００４３】
同様な例は、接種すること及び水及び栄養素を基材に添加すること、並びに藻類が基材の平方センチメートル当たり４×１０８細胞に到達したと推定される場合、約半分の藻類を収穫し、他の半分を後続の収穫のための接種物として残すことを伴う。後続の収穫は、藻類が再び基材の平方センチメートル当たり４×１０８細胞に到達したと推定される場合に実行した。この例及び前述の例は、収穫間でより多量の又はより少量の増殖を可能にするよう変更されることができた。
【００４４】
上述の実施形態又は上述の実施形態の要素又は態様に代えて又はこれらと併せて使用され得る様々な他の実施形態がある。かかる実施形態の１つは、平坦な基材の代わりの襞付又は波状基材１６Ａの使用を含む（図示せず）。この非平坦形状は、基材の表面積を増加させるための手段を提供する。襞の多様な形状が可能である。
【００４５】
別の実施形態は、藻類、液体及び／又は栄養素を、基材１６、１６Ａの両側ではなく、一方の側だけに塗布することを含む。これは、以前に開示した吹き掛けアプローチで達成され得る。
【００４６】
別の実施形態又は前の実施形態の他の開示は、本明細書で開示する方法でより長い長さの材料に藻類を塗布することにより、基材１６の長さが準備されることを含む。このより長い長さは、前述した図に示す短縮された長さに切断され得る。
【００４７】
別の実施形態又は前の実施形態の他の開示は、巻き出しローラを使用して、基材１６に藻類、液体及び／又は栄養組成物を塗布することと、本明細書で後に開示される構造を供給することとを含む。
【００４８】
図４は、藻類増殖及び収穫システム１１０の実施形態を図示する。この実施形態は、本明細書で開示する実施形態の１つ又は複数の要素を使用することができる。システム１１０は、１つ又は複数の以下の構成要素を含むことができる。システム閉鎖容器１１２（温室のような）は、増殖及び収穫装置１１４の１つ又は複数の部品及びその上で藻類が増殖することができる基材１１６を包囲することができる。この実施形態における装置１１４は、巻き出しローラ１１８、藻類アプリケータ１２０、液体アプリケータ１２２、栄養素アプリケータ１２４、処理装置１２６、二方向回転部材１２８、１３０、収穫装置１３２（この場合は、固定型の機械的ナイフ）、藻類運搬装置１３４、藻類容器１３６、及び巻き取り部材１３８を含む。図示されないが本明細書で言及され記載されるものは、藻類、液体、及び栄養素である。
【００４９】
上で開示するシステム閉鎖容器１１２は、増殖及び収穫装置１１４の１つ又は複数の部品並びに他の組成物、物品、及び装置に保護及び封じ込めをもたらすことができる。システム閉鎖容器１１２は、ステンレス鋼又は他の鉄若しくはシステム１１０の他の構成要素により構成される条件に持ちこたえることができる材料から作られ得る。システム閉鎖容器１１２は、藻類増殖及び収穫に関して、制御された環境を維持することに寄与することができる。制御された環境とは、例えば、室温での空気、大気圧及び８０％の相対湿度などの特定の組成及び条件を含むことができる。代わりに、空気又は別のガス状若しくはガス状／液体組成物が、より高い又はより低い温度、圧力又は相対湿度であることができる。
【００５０】
異なる濃度の二酸化炭素、酸素、及び／又は窒素などの他のガス組成、より高い相対湿度が用いられることも可能である。例えば、前に開示したように、二酸化炭素の濃度は、大気中の通常濃度よりも、５倍又は１０倍若しくは更にそれを上回る濃度などの何倍も高いこともある。相対湿度は、藻類が環境の湿度を介して全ての水の大部分を取り込む場合、すなわち、いくつかの液体供給手段からのより少量の水の取り込み又は水の取込がない場合を含めて、８０％を超えるまで増加され得る。
【００５１】
更に、環境は、例えば気体水を含む一次ガス、例えば、液体例えば水のミスト又は噴霧の形態の二次液体を含むことができる。ミスト、噴霧又は液体の他の塗布量及び頻度に応じて、相対的湿度は、例えば８０％より低くまで低減され得るか又は降下され得る。
【００５２】
なお更に、環境の組成及び／又は条件は、二酸化炭素、酸素、窒素、及び相対湿度のうちの１つ又は複数を変更するなど、増殖期間中に変更され得る。例えば、明期間及び暗期間が増殖サイクルにおいて使用される場合、二酸化炭素（ＣＯ２）密度は、明期間中に３００〜６０００ｐｐｍに調整されてもよく、又は暗期間中に３００〜６００ｐｐｍに調整されてもよい。
【００５３】
多様なガスがそれぞれのタンクで提供され得、相対湿度は加湿器により提供され得る。ガス密度メータ及び相対湿度メータが、環境を測定しかつ制御するよう使用され得る。
【００５４】
所望のガス組成を維持することに加えて、制御された環境は、藻類に、その増殖に、若しくは開示したシステム、組成物、物品、装置、又は方法に悪影響を及ぼし得る特定の物質と藻類との接触又は相互作用を避ける又は低減することができる。例えば、特定の細菌は藻類の増殖を低下させ得るが、一方特定の他の細菌は藻類の増殖に利益をもたらし得るために、細菌の封入又は除去温室環境は必要に応じて制御され得る。空気濾過が、細菌並びに他の物質を制御するプロセス内に含まれることができる。
【００５５】
閉鎖容器１２及び空気濾過などの環境を制御するために含まれる又はかかわり合う装置に関する更なる詳細が、本明細書で開示される。
【００５６】
上で開示した基材１１６は、藻類の増殖を助ける構造及び組成を有する物品であり得る。例えば、本明細書の別の箇所で開示するように、基材は、単一の織布又は不織布などの単一の材料、又は複数の織布又は不織布層、フィルム層を備えた不織布層などの材料の組み合わせであることができる。
【００５７】
上で開示した巻き出し部材は、基材１６を供給するための手段を提供する巻き出しローラ１１８であり得る。巻き出しローラ１８は、手動で、又はプログラム可能なコントローラにより制御されるその回転速度及び／又は張力を備える電気モータにより駆動され得る。巻き出しローラ１１８の速度は、本明細書の後に記載される巻き取りローラの速度と合わせられ得る。上で開示した藻類アプリケータは、基材１１６に藻類を塗布するための手段を提供する藻類塗布ローラ１２０であることができる。述べたように、藻類細胞は、ゲル又は別の担体中に懸濁され得るか、又は担体中で塗布され得る。一旦塗布されると、藻類（本明細書で後に記載される）は基材１１６の最上部に留まることができるか、基材１１６内部に移動するか、基材１６の下部の近く又は下部に下がって動くか、又はこれらのいくつかの組み合わせとなる。藻類塗布ローラ１２０は、藻類の供給源から藻類を採取し又は受容し、この藻類の一部又は全てを基材１１６に移送する発泡体ローラであり得る。藻類を塗布するための他の手段としては、藻類細胞を基材１１６上に噴霧する（再び担体と共に又は担体内で）１つ又は複数の噴霧器を含むことができる。別の手段は、基材１１６上に藻類のある量を押し出す又は流すためのものである。前に開示したように、藻類細胞は、基材１１６の１つ又は複数の側に塗布され得る。
【００５８】
上で開示された液体アプリケータは、液体又は水分、例えば水を基材１１６に塗布するための手段を提供する液体又は湿潤ローラ１２２であることができる。このローラは、液体供給源から液体を採取し又は受容し、液体を基材１１６に移送する親水性発泡体層を含むことができる。ローラ１２２の代わりに又はこれに加えて、塗布のための他の手段としては、ミスティング装置又は噴霧装置が挙げられ、これらは本明細書で更に開示される。
【００５９】
上で開示した栄養素アプリケータは、藻類増殖栄養素を基材に塗布するための手段を提供する栄養素塗布ローラ１２４であることができる。ローラ１２４は、栄養組成物素供給源から栄養組成物を採取し又は受容し、これを基材１１６に移送する親水性発泡体層を含むことができる。栄養素を塗布するための他の手段としては、藻類及び／又は液体を塗布するために上で開示されたものを含む。
【００６０】
基材１１６が輸送される所望の速度は、藻類アプリケータ、液体アプリケータ、及び栄養素アプリケータの間の距離を含むシステム１１０の様々な構造間の距離を、それぞれが必要に応じて塗布されるように設定するよう使用され得る。この代わりに又はこれに加えて、システム１１０の様々な構造間の距離は、基材１１６の速度のいずれかの調整に対する関係で、又はそれなしで調整されることができる。それぞれのタイプの１つのアプリケータのみが上記で示されかつ開示されているが、任意のタイプの１つ又は複数の追加的アプリケータがシステム１１０において提供され得る。例えば、追加液体アプリケータが、藻類細胞の水分を制御するよう使用され得る。更に、藻類の増殖中に複数回の塗布が望ましい場合、１つ又は複数の栄養素アプリケータが使用されることがある。
【００６１】
上で開示した処理装置は、１つ又は複数の処理が望ましい範囲において、基材１１６又は基材上の１つ又は複数の物質を処理するための手段を提供する処理閉鎖容器１２６であることができる。処理閉鎖容器は、様々な処理の１つ又は複数を実行することができる。一例として、処理閉鎖容器１２６は、藻類が暗期間を実行するように、光が入り込むことを防止する又は低減することができる。又は処理閉鎖容器１２６は、利用可能であるか、又は閉鎖容器１２６の外側で提供されるよりもより多くの光を代わりに提供することができる。他の例は、処理閉鎖容器１２６の内側のガス状又はガス状−液体環境が、二酸化炭素又は他のガスの濃度、湿度、温度、他の別の条件などのその外側の環境とは異なることである。
【００６２】
上で開示した方向回転部材は、それぞれが基材を異なる方向で回転させるための手段を提供する回転ローラ１２８、１３０であることができる。基材１６を回転するための他の構造としては、基材１１６が滑り込むことができる表面を有する非回転式バー又は他の非移動式部材が挙げられる。
【００６３】
この実施形態に関して上で開示した収穫部材は、基材１１６から藻類を収穫する又は取り外すための手段を提供する固定式の機械的ナイフ１３２であることができる。このナイフは、例えば、基材上で増殖する藻類を切断し又は拭い取るために、基材１１６に対して配置されるエッジを備えたステンレス鋼の固定式部材であり得る。基材１１６から藻類を収穫する別の構造は、藻類を基材１１６から除去するために、十分な流れ若しくは空気又は他のガスを藻類に供給するエアナイフである。本明細書で前に記載し図示したように、加圧ローラが藻類を収穫するよう使用される場合もある。他のアプローチは、基材から藻類をブラッシング処理すること又は基材から藻類を真空吸引することである。
【００６４】
上で開示した運搬装置は、藻類を受容し、藻類をそれが保管され又は更に処理される場所に運搬するための手段を提供するコンベア１３４であることができる。コンベア１３４は、ベルト、前方及び後方ローラ並びに電気モータ、及びローラの一方又は双方を駆動するためのコントローラを含むことができる。藻類を運搬する他の構造としては、必要に応じて藻類を移動させるために空気（又は他の流体組成物）の十分な流速を備えた導管が挙げられる。
【００６５】
上で開示した容器１３６は、更なる処理加工中の藻類を保持するための手段を提供する。この容器は、プラスチックチューブ又はプラスチックバッグであり得る。示した容器１３６内に保持されるよりはむしろ、収穫された藻類は、この代わりに後の処理のための別の場所にある他の容器に搬送され得るか、又は本明細書で開示するものなどの更なる処理装置又は工程に直ちに搬送され得る。かかる更なる搬送手段は、より長いコンベア、追加のコンベア、藻類を移動させるために十分な空気流を備えた導管によってもたらされ得る。
【００６６】
上で開示した巻き取り部材は、藻類の一部又は全てが基材１１６から収穫された後に、基材１１６を巻き上げるための手段を提供する巻き取りローラ１３８であることができる。巻き取りローラ１３８は、例えば電気モータにより駆動される。
【００６７】
図４に示す実施形態の変形形態（図示せず）は、基材１１６上への藻類の接種が、藻類の増殖から離れて実行され得るシステムである。例えば、基材１１６の大きなロールが巻き出しローラにより巻き出され得、藻類細胞が基材１１６上に接種され得、基材１１６が巻き取りローラで巻き上げられ、後の増殖プロセスのために前もって確保され得る。接種された基材のロールがプロセスの増殖部分を待機中であると同時に、藻類は細胞の損失を防止し又は低減するために十分に湿った状態でとどまることができる。後続の増殖部分は、基材１１６を図１に示すものなどの個別の長さ又はシートに切断することを伴うか、又はロールを留められた状態で維持し、図４に示す連続的ウェブアプローチを使用することを伴う場合がある。図５に示すように、システム２００は、図４で示す実施形態と同様であるいくつかの構成要素を含む。これは、藻類増殖及び収穫装置２１４を包囲するシステム閉鎖容器２１２を含む。基材２１６が、基材２１６のジャンボロールを保持する巻き出しローラ２１８により提供される。上部及び下部藻類アプリケータ２２０Ａ、２２０Ｂが、基材２１６の上部部分及び下部部分に藻類細胞を塗布する。液体アプリケータ２２２が、水又は水を含有する組成物などの液体を基材２１６に噴霧又はミスティングする。栄養素アプリケータ２２４が、栄養組成物を基材２１６に噴霧する。回転ローラ２２６は、基材２１６により移動する距離を著しく増大させるために、垂直方向に引き離される。蛍光灯などの人工光源２２８は、ローラ２２６と基材２１６の対応するスパンとの間に配置されて示される。追加的及び他の人工光の供給源が使用される場合がある。追加的人工光は、透明で照明されているローラ２２６を回転して提供されることができる（図示せず）。２つの補助閉鎖容器２３０は、藻類増殖に暗期間を提供するために（及びガス組成及び温度などの他の条件変化を可能にするために）消光する（又は光を低減する）よう管理する。収穫装置２３２は、基材から藻類を取り外す又は収穫するよう配置され、藻類は、収穫装置２３２に近接した吸取部材２３４を通して集められるよう示される。収穫後に、基材２１６は、巻き取りローラ２３６上で巻き取られ得る。収穫後に一部の藻類は基材２１６上に残ることがあるために、巻き取りローラ２３６上に巻き取られた基材２１６のロールは、巻き出しローラ２１８に配置され、再利用され又は後の使用のために保管され得る。見ることができるように、ローラ２２６の位置決めは、藻類がその上で増殖され得る基材の長い長さを提供するよう使用されることができる。ローラ２２６の１つ又は複数は、必要に応じて、基材２１６上の藻類に熱を加え又は藻類から熱を除去するために、加熱され又は冷却されることができる。ローラ２２６は基材２１６の両面に接触するために、基材２１６上の張力を制御し、ローラ２２６の所望の直径及び所望の基材通路を選択し、及び／又は発泡体などの圧縮可能な表面材料を有するローラ２２６を使用して、基材上の圧力が制御され得る。
【００６８】
図６は、この実施形態が、上で開示したような、巻き出されかつ巻き上げられる基材１１６及び２１６の代わりに基材３１６の連続ループを使用するシステム３１０を図示することを除けば、図４及び５で示す実施形態と同様な実施形態を図示する。この連続ループ又はコンベアシステム３１０は、複数の輸送ローラ３１８、バス３２０、液体アプリケータ３２２、収穫ローラ３２４、バイオマス容器３２６、温室閉鎖容器３２８、及び人工光源３３０を有するものとして示される。光制御、湿度制御、ガス制御、及びシステム３１０及び／又はシステム３１０の部分を包囲する条件を制御することが可能である閉鎖容器などの、他の実施形態に関して上で開示した様々な他の態様も含まれることが可能である。
【００６９】
このシステム３１０は、システム３１０の接種、増殖及び収穫の態様に適するために、必要に応じて基材３１６が起動され、停止され、速度を下げられ、及び加速されるように操作され得る。例えば、基材３１６に接種するために、バス３２０は藻類組成物（上で開示したような）で満たされた又は部分的に満たされることができ、基材３１６がバス３２０を通して輸送され得、次いで藻類が閉鎖容器３２８内で光及びガス状二酸化炭素に曝され得るよう停止されることができる。必要に応じて藻類を湿潤させるために、液体アプリケータが水又は別の液体を基材３１６に塗布する（例えば、噴霧する）ことができるように、基材３１６は再度輸送され得る。必要に応じて藻類に栄養補給するために、液体アプリケータ３２２が栄養組成物を基材３１６に塗布する（例えば、噴霧する）ことができるように、基材３１６は再度輸送され得る。液体アプリケータ３２２を使用する代わりに又はこれに加えて、液体及び栄養組成物がバス３２０に添加され得ることで、基材３１６の輸送が、藻類を湿潤させ、藻類に栄養補給することをもたらす。基材３１６が湿潤化及び栄養補給のために輸送された後に、閉鎖容器３２８内での光及び二酸化炭素への更なる曝露のために、基材は再度停止され得る。湿潤化、栄養補給及び増殖工程は、必要に応じて繰り返され得る。藻類を収穫するために、基材３１６は輸送され得、収穫ローラ３２４が基材３１６上又は基材３１６内で増殖する藻類の一部を押し出すように一緒に突き合わされることができ、これがバイオマス容器３２６内に捕捉され得る（及びそこから除去される）。収穫後に、基材３１６は、後続の収穫のための準備で、再接種され、再湿潤され、又は再度栄養補給され得、このいくつかの組み合わせが行われ得る。
【００７０】
図６に示す実施形態のより簡単な変形を、図７に示す。この実施形態のシステム４１０は、図１に示す実施形態と同様であるが、システム３１０で提供された基材３１６に似た移動する連続ループ基材４１６を備える。輸送ローラ４１８、バス４２０、液体アプリケータ４２２、収穫ローラ４２４、バイオマス容器４２６、閉鎖容器４２８、及び人工光源４３０は、図６で示す対応物構造として同様な手段を提供する。この実施形態及び他の前述した実施形態では、床面などの太陽光の侵入を許可しない閉鎖容器４２８の部分は、基材４１６に向かって閉鎖容器４２８に侵入した太陽光（及び閉鎖容器４２８内の人工光）を反射するために、白色などの淡色を有することができる。
【００７１】
図８は、図１、６及び７で図示した実施形態と類似する別の実施形態を図示する。このシステム５１０は、そのそれぞれが基材５１６の４枚のシートを吊るすよう示す吊り枠を有するコンベア５１２を含む。システム５１０は、基材５１６のシートへの露光が制御され得ること、コンベアにより提供される通路に沿ったステーションで藻類が塗布され得ること（例えば、図示されないが、本明細書で前に開示したように、シートが噴霧されるか又は浸漬される）、同様に水及び栄養組成物が他のステーションで塗布され得ること（図示されないが、前に開示した）、並びに藻類が１つ又は複数の他のステーションで収穫され得ること（図示されないが、前に開示した）を含む１つ又は複数の理由で、基材５１６を輸送するよう使用され得る。更に、システム５１０は、湿度、温度、ガス組成、及び前に開示したようなものを含む制御された環境を有する温室（図示せず）内に封入され得る。
【００７２】
上で開示した実施形態及びその構成要素は、藻類が貯水域内で増殖されるか又は別の方法で水中に浸漬された状態に置かれる場合よりも、藻類がはるかに大量の光及び二酸化炭素に曝されることを引き起こす。開示したように、本開示の一態様は、藻類に利用可能な光及び二酸化炭素を増加させるために、水の使用を低減し又は最小限に留めることを伴う。開示した実施形態は、建物に隣接するガス炉などの燃焼から二酸化炭素を取り込むことなどの二酸化炭素捕捉手段と併せて使用されることができる。更に、本開示における低減されかつ集中された水の使用は、栄養素の有効使用を可能にし、これが費用を低減し、汚染された材料によりもたらされる栄養素の使用を可能にする。なお更に、ループアプローチ及び他の開示したアプローチ（輸送する；藻類、水及び栄養素を塗布する；光を供給する；温度、ガス組成、及び他の条件を制御する記載された工程など）で使用される電気の一部がソーラコレクタ及び電池により供給され得る。
【００７３】
藻類のバイオマスは、２０％〜４０％のタンパク質、３０％〜５０％の脂質、２０％の炭水化物、及び１０％の他の化合物を含有する。変換プロセスに応じて、様々な産物は、藻類のバイオマスから獲得され得る。システムアプローチが藻類のバイオマスの処理に向けて行われる場合、最大の経済的及び環境的利益のためにバイオマスの利用率を最大化することが可能である。バイオリファイニングとは、このようなシステムアプローチである。バイオリファイニングとは、石油製錬に由来する概念である。バイオリファイナリは、石油製錬において使用される化石資源とは対照的に、供給原料としてバイオマスを使用する。バイオリファイニングの目的は、燃料、材料、化学物質等の広範囲な産物を１つ又は複数の生物学的資源から産生するためのものである。バイオマスは異種供給原料ではないために、生物学的プラットフォーム及び熱化学的プラットフォームなどのいくつかのバイオリファイナリプラットフォームが提案された。バイオリファイナリは、変換及び精錬技術のポートフォリオを使用して、バイオマス供給原料産生を一体化させることができる。一体化されたバイオリファイナリは、複数の製品ストリームを産生することが可能であり、故に単一のバイオマス供給原料からの複数の収入ストリームが可能であり、したがって、単一の製品をベースとした生産スキームよりも経済面で実行可能である。発生する熱及びエネルギーは、エネルギーに関してシステムを部分的に自己完結型にするよう使用され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年4月10日(2013.4.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
藻類バイオマスを増殖させ収穫するための方法において、
ａ）微細藻類細胞を、少なくとも１つの吊るされた基材シートに塗布する工程と、
ｂ）前記基材シート上の前記塗布された微細藻類を、二酸化炭素を含有する閉鎖された、湿性の、ガス環境内で増殖させる工程と、
ｃ）前記基材を灌漑し、前記基材及び微細藻類を湿潤させる工程と、
ｄ）栄養素を前記基材に塗布し、前記微細藻類に栄養補給する工程と、
ｅ）前記微細藻類に光を供給し、その増殖を支援する工程と、
ｆ）前記基材の少なくとも一部から押し出すよう前記基材に適用される少なくとも１つのローラを使用して、前記微細藻類を収穫する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、工程ｃ）、ｄ）及びｅ）が、同時に実施されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、工程ｃ）、ｄ）及びｅ）が、連続方式で実施されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記工程ｃ）、ｄ）及びｅ）が、順番に実施されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法において、前記工程ｃ）、ｄ）及びｅ）が、順番通りに実施されないことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、工程ｆ）において、前記収穫する工程が、前記基材から微細藻類の少なくとも一部を押し出す少なくとも２つのローラの間で実行されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法において、前記微細藻類細胞が、増殖中にコンベア上で輸送されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記コンベアが、複数の基材シートを吊るすための複数の吊り枠を含み、前記シートがそこから垂直に吊るされることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、前記基材が、輸送ローラの間に吊るされたウェブの形態の一体基材シートを含み、前記シートが、増殖中に前記微細藻類を輸送するためのコンベアを形成することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、工程ｆ）において、前記微細藻類の一部を前記基材から収穫する工程が、前記基材及び微細藻類細胞が輸送されている間に実行されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記収穫する工程により、後続の収穫のために増殖を続けるよう前記微細藻類の一部が残されることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、収穫後に前記基材を搬送し、工程ａ）〜ｅ）の別のサイクルを開始することを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、前記基材が連続ループを構成することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１又は１３に記載の方法において、前記収穫する工程により、更なる増殖のための接種物として元の藻類バイオマスの少なくとも５０％が残ることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法において、前記灌漑する工程が、滴下、噴霧又はミストにより実行されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法において、前記基材が、織布マトリクス及び不織布マトリクスから選択されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、前記基材が、可変的空隙率、テキスチャー又は毛細特性を備えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法において、前記基材が、層の組み合わせから作られることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、前記基材が、ａ）強度及び水分散を提供する親水性層と、ｂ）藻類増殖を支持するための少なくとも１つの層とを組み合わせることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記基材が、スパンボンドポリエステルの２つの外部層の間で結合されたビスコースの中心層から作られることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の方法において、工程ｄ）において、前記光を供給する工程が、非太陽光光源から光を供給することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、前記藻類及び前記基材が、少なくとも１つの明期及び少なくとも１つの暗期に曝されるように、前記藻類及び基材への前記露光を低減する工程を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１に記載の方法において、前記ガス環境における二酸化炭素の前記ガス密度が、前記暗期の間よりも前記明期の間でより高いことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、前記ガス環境における二酸化炭素の前記ガス密度が、前記明期の間で３００〜６０００百万分率であり、前記暗期の間で３００〜６００百万分率であることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１に記載の方法において、前記基材が、閉鎖容器の床空間の１平方メートル当たり８０平方メートル以上の表面積を提供することを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１１に記載の方法において、前記収穫により、更なる増殖のための接種物として元のバイオマスの少なくとも５０％がそのまま残ることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項１に記載の方法において、ｇ）前記収穫された微細藻類を乾燥する工程を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
微細藻類を増殖させるための装置であって、
−  少なくとも１つの基材シートであってその上に微細藻類を増殖させるための少なくとも１つの基材シートと、
−  前記少なくとも１つの基材シートを吊るすための少なくとも１つの懸架部材と、
−  記少なくとも１つの基材シートを輸送するためのコンベヤーであって、前記コンベヤーが、前記増殖する微細藻類の輸送に適合されるコンベヤーと、含むことを特徴とする装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の装置において、前記コンベヤーが、懸架部材としても作動する複数の輸送用ローラの形態であり、前記少なくとも１つの基材シートの輸送に適合されることを特徴とする、装置。
【請求項３０】
請求項２８に記載の装置において、前記少なくとも１つの懸架部材が、前記少なくとも１つの基材シートを吊るすための前記コンベヤーから吊り下がる少なくとも１つのフレームの形態で提供されることを特徴とする、装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の装置において、前記コンベヤー上の複数の基材シートを含み、前記基材シートが、そこから垂直に吊り下がることを特徴とする、装置。
【請求項３２】
請求項２８に記載の装置において、前記輸送用ローラの間で輸送されるウェブを形成する一体的な基材シートを含むことを特徴とする、装置。
【請求項３３】
請求項３２に記載の装置において、前記一体的な基材シートが、連続ループを形成することを特徴とする、装置。
【請求項３４】
請求項２８〜３３のいずれか一項に記載の装置において、前記基材が、織布マトリックス及び不織布マトリックスから選択されることを特徴とする、装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の装置において、前記基材が、可変多孔性、テクスチャー又は毛管特性を備えることを特徴とする、装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の装置において、前記基材が、層の組み合わせであることを特徴とする、装置。
【請求項３７】
請求項３６に記載の装置において、前記基材が、ａ）強度を提供する層と、ｂ）藻類増殖を支援するための少なくとも１つの層とを組み合わせることを特徴とする、装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の装置において、前記基材が、スパンボンドポリエステルの２つの外部層の間に結合したビスコースの中心層から作られることを特徴とする、装置。
【請求項３９】
微細藻類バイオマスを増殖しかつ収穫するためのシステムであって、
−  閉鎖容器内に収容された請求項２８〜３８のいずれか一項に記載の装置であって、前記閉鎖容器が、二酸化炭素を含有する湿潤な、ガス環境のための封じ込めをもたらす、装置と、
−  前記基材及び微細藻類を灌漑するための灌漑装置と、
−  前記微細藻類に栄養補給するために、栄養素を前記基材に塗布するための栄養素アプリケータと、
−  前記微細藻類の増殖を支援するために、前記基材に光を供給するための照明システムと、
−  前記基材から前記藻類の少なくとも一部を押し出すための少なくとも１つのローラを含む収穫装置と、を含むことを特徴とする、システム。
【請求項４０】
請求項３９に記載のシステムにおいて、前記灌漑装置が、滴下、噴霧又はミスティング装置であることを特徴とする、システム。
【請求項４１】
請求項３９に記載のシステムにおいて、前記収穫装置が、前記基材から前記微細藻類の少なくとも一部を圧搾する少なくとも２つのローラを含むことを特徴とする、システム。
【国際調査報告】
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