(57)【要約】  本発明の対象は、１個以上のＬＥＤ発光体（７）がプラスチックマトリックス中に封入されているＬＥＤプラスチック成形部材（６）を、フォトリアクターの内側に配置されている放射線源として備えているフォトリアクター（１）である。
2010530738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個以上のＬＥＤ発光体がプラスチックマトリックス中に封入されているＬＥＤプラスチック成形部材を、フォトリアクターの内側に配置されている放射線源として備えているフォトリアクター。
【請求項２】
ＬＥＤプラスチック成形部材としてＬＥＤシリコーン成形部材が使用されている、請求項１記載のフォトリアクター。
【請求項３】
有機または無機半導体の放射線放出する半導体構造素子がＬＥＤ発光体として使用されている、請求項１または２記載のフォトリアクター。
【請求項４】
ＬＥＤシリコーン成形部材が、互いに導電的に結合され直列および／または並列で接続された多数のＬＥＤ発光体を備えている、請求項１から３までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項５】
光伝導体成形部材が放射線源としてプラスチックＬＥＤ成形部材と共に使用されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項６】
光伝導体成形部材として熱可塑性シリコーンエラストマーを基礎とする光伝導体成形部材が使用されている、請求項５記載のフォトリアクター。
【請求項７】
フォトリアクター中で支持する光分布のためにプラスチックＬＥＤ成形部材および／または光伝導体成形部材と共に蛍光シリコーン浮遊体が使用されている、請求項１から６までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項８】
ＬＥＤプラスチック成形部材および光伝導体が、ホースの形で存在するか、テープとして、管として、板として存在するか、またはマットの形で存在する、請求項１から７までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項９】
フォトリアクターが管、ホースまたは板として形成されている多数のＬＥＤプラスチック成形部材を備え、前記ＬＥＤプラスチック成形部材が管束、ホース束または板の束として光取り付け部材にまとめられている、請求項１から８までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１０】
発光体を包囲するマトリックス中に組み込まれた発光体は、この発光体が周囲空間を完全に均一に照明するように互いにずれて配置されている、請求項１から９までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１１】
フォトバイオリアクターとしてＬＥＤプラスチック成形部材が藻類懸濁液によって貫流される管または板の形で備えられており、この場合多数の管または板は、管束または板の束にまとめられ、およびリアクターユニットを形成し、このリアクターユニットがジャケット空間内で冷媒によって貫流されている、請求項１から１０までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１２】
ＬＥＤプラスチック成形部材が架橋されたシリコーンゴム、シリコーンハイブリッドポリマーおよび／またはシリコーン樹脂を基礎とするＬＥＤプラスチック成形部材である、請求項１から１１でのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１３】
ＬＥＤプラスチック成形部材が熱可塑性エラストマーからなる唯一のシリコーンマトリックスを有する、請求項１から１２でのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１４】
ＬＥＤプラスチック成形部材が、１つ以上のよりいっそう硬質のシリコーンマトリックスＢによって包囲されている、内側の軟質シリコーンマトリックスＡを備えている、請求項１から１３までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１５】
プラスチックマトリックスがなおトップコートＣを備えている、請求項１から１４までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか１項に記載のフォトリアクター中で放射線誘発された化学反応を実施するための方法。
【請求項１７】
請求項１から１５までのいずれか１項に記載のフォトリアクターを用いて藻類バイオマスを生産する方法。
【請求項１８】
価値のある物質を藻類バイオマスを用いて独立栄養生物により生産し、および従属栄養生物により生産するための請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
請求項１から１５までのいずれか１項に記載のフォトリアクターを用いてＣＯ2を発電所の排ガスまたは工業排ガスから除去する方法。
【請求項２０】
請求項１から１５までのいずれか１項に記載のフォトリアクターを用いて光の形のエネルギー供給を必要とする微細藻類または微生物により水素または別のガス状の物質交換物質を生産する方法。
【請求項２１】
エネルギー原料、化学的原料、食品としての化粧学的用途および医学的用途への請求項１から１５までのいずれか１項に記載のフォトリアクター中で生産された藻類バイオマスの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤを有するプラスチック成形部材、特にＨＴＶシリコーン成形部材を、場合によっては放射線源としての光伝導体成形部材と組み合わせて有するフォトリアクター、殊にＬＥＤを有するプラスチック成形部材、特にＨＴＶシリコーン成形部材を、場合によっては放射線源としての光伝導体成形部材を組み合わせて有するフォトバイオリアクターに関する。
【０００２】
フォトリアクター、殊にフォトバイオリアクターには、微細藻類、例えばスピルリナSpirulina、クロレラChlorella、耐塩性緑藻ClamydomonasまたはヘマトコッカスHaematococcusの大工業的生産のために、光合成細菌類、例えばシアノバクテリア（例えば、ロドバクタRhodobacter、ロドスピリルムRhodospirillum）、苔または別の植物細胞培地が使用されている。この種の微細藻類およびシアノバクテリアは、光エネルギー、ＣＯ2および水によりバイオマスに変わる状態にある。この場合には、一般に２つの顔料集団に分けられており、この場合第1の顔料集団は、４５０ｎｍの波長で良好な光吸収を有し、第２の顔料集団は、６８０ｎｍの波長で良好な光吸収を有する。バイオマスは、光反応および暗反応で形成される。光反応は、放射線エネルギーを化学エネルギーまたは光量子に変えるために酸素の形成下で使用される（＝水の光化学的分解）。バイオマス（ＣＨ2Ｏ）nは、２工程で光量子を使用して形成される（暗反応）。
【０００３】
フォトバイオリアクターは、藻類バイオマスおよび例えば食物、食物サプリメント、蛋白質、脂質、ビタミン、酸化防止剤、医薬品および化粧品のための作用物質の生産のために藻類からの油に至るまで使用される。この場合、藻類の栽培のための炭素源としてのＣＯ2は、空気、ＣＯ2の濃度が増加された空気、ＣＯ2含有排ガスまたは純粋なＣＯ2としてフォトバイオリアクター中に供給されることができる。
【０００４】
このようなフォトバイオリアクターは、ＣＯ2を排ガスから除去するために使用されてもよい。
【０００５】
第一世代のフォトバイオリアクターは、太陽光を光源として利用する。リアクターは、大型の開いた槽装置、例えば４５ｍまでの直径を有する円形の槽装置と回転する混合アームとからなる。この場合、太陽光の入射強度へ依存すること、および開いたシステムのために汚染がもたらされることは、不利である（www.ybsweb.co.jp: YAEYAMA Premium Quality Chlorella）。
【０００６】
微細藻類を閉鎖された滅菌可能なリアクター中で生産するための世界的規模の最初のフォトバイオリアクタープラントは、２０００年にBisantech社によって稼働された（www.bisantech.de）。この場合も、太陽光の入射強度へ依存することは、不利であると指摘された。
【０００７】
人工的な照射部を有する閉鎖されたフォトバイオリアクターは、米国特許第６６０２７０３号明細書Ｂ２の記載から公知である。この場合には、リアクター中に平衡に配置された発光管が光源として使用される。この場合、比較的高いエネルギー需要および照射装置の汚染傾向は、不利である。米国特許第２００６／００３５３７０号明細書Ａ１には、微生物および培地を植物成長のために含む第１の培養帯域と、この第１の帯域の片側を狭く制限しかつ培地および微生物を代謝物の生産のために含む第２の培養帯域とからなる、有利な代謝物を成長と結び付けて生産するための多層フォトバイオリアクターが記載されている。２つの培養領域は、互いに透明な分離壁によって分離されている。光源としては、既に上記した欠点を有する太陽光または人工光が使用されている。
【０００８】
ＷＯ  ９２／００３８０Ａ１の記載から、リアクターの外側に光源を設置し、この光源の光を光伝導体を介してリアクター中に輸送することにより、フォトバイオリアクターを照射することは、公知である。ＬＥＤ発光体（LED=Light Emitting Diode）または光ダイオードとも呼称される発光体をフォトバイオリアクターとして使用することは、公知である。米国特許第２００５／０１３５１０４号明細書Ａ１には、ＬＥＤｓを海洋性培養のための培養容器を照明するためのＬＥＤｓを使用することが記載されている。この場合、ＬＥＤｓは、透明なケーシング中に封入されている。ＬＥＤｓを透明なプラスチックマトリックス中での埋設は、記載されていない。特開２００７−０４０１７６号公報Ａの記載から、リアクターを例えばＬＥＤｓにより人工的に照明するための電流供給を、藻類の培養のために風力装置によって保証することは、公知である。特開２０００−３２５０７３号公報Ａには、藻類を培養するための２つに分割された容器が記載されている。容器の２つの区分室は、ＬＥＤｓを装備した導体板を含む構造によって分離されている。このＬＥＤｓを装備した導体板は、両側で透明な板により培地と分離されている。特開平１０−０９８９６４号公報Ａおよび特開平１１−０８９５５５号公報Ａには、照明のためにＬＥＤｓが使用されている藻類リアクターが記載されている。１つの実施態様において、ＬＥＤチェーンは、透明な管中に導入され、この管は、照明のためにリアクター中に沈下されている。別の実施態様において、ＬＥＤチェーンは、予め支持体上に溶接されており、次に透明な管中に導入される。特開２００２−３１５５６９号公報Ａには、藻類を生産するための方法が記載されており、この場合ＬＥＤｓは、照明のために使用される。そのために、長いＬＥＤチェーンは、アクリルガラス板の間に敷設されているか、または透明な管中に懸吊されている。ＬＥＤｓをバイオリアクターのための光源として閉鎖されたリアクター中で使用することは、ＷＯ  ２００７／０４７８０５Ａ２中に記載されている。照明を外側に存在するＬＥＤｓにより行なうことは、不利である。従って、媒体の放射は、不十分であり、数センチメートルの短い光路長だけが可能であり、量産のためには、大きな面積需要が必要とされる。
【０００９】
従って、密閉系中での培養をできるだけ均一で最適な放射強度で全体積に亘って可能にするフォトリアクターを提供するという課題が課された。更に、光合成リアクターの生産性を高め、大工業的規模での生産を最適化するという課題が課された。更に、物理的影響、化学的影響または生物学的影響とも呼称される多種多様な環境の影響に長時間に亘って有効であるように耐えるような成形部材の形状でＬＥＤｓが提供されるはずである。もう１つの課題は、個別の発光体だけでなく、ＬＥＤｓとその接続線との間の電気的接続を電流源で有効に環境の影響から保護することにあった。
【００１０】
本発明の対象は、１個以上のＬＥＤ発光体がプラスチックマトリックス中に封入されているＬＥＤを有するプラスチック成形部材を、フォトリアクターの内側に配置されている放射線源として備えているフォトリアクターである。
【００１１】
フォトリアクターとしては、閉鎖されたリアクターが好ましい。リアクターは、例えば鋼、特殊鋼、プラスチック、エナメルまたはセラミックからなる耐圧性で、場合によっては耐熱性のジャケットで完成されている。透明な材料および不透明な材料が使用されてもよく、閉鎖されたリアクターの場合には、好ましくは、不透明な材料が使用される。リアクターの容量は、任意に選択することができる。公知技術水準とは異なり、閉鎖されたリアクターの場合には、僅かな容量に制限することは、不要である。それというのも、放射線源として内側に配置されたＬＥＤを有するプラスチック成形部材を用いた場合には、内部空間の均一な照明が達成され、それによってリアクターの寸法決定は、光路によって干渉されないからである。
【００１２】
耐圧性の材料のために、ガラスまたは透明プラスチックからなるリアクターとは異なり、質量の積に対して底面積が節約される高度な構造形式が可能になる。このようなリアクター中に光を組み込むためのＬＥＤを有するプラスチック成形部材の配置は、相応する場所の節約を有する塔状の高いリアクターに対して数多くのリアクターセグメントの組合せを可能にし、即ち極めて高い底面生産性を可能にする。更に、特に０．１〜５バールの過圧の範囲内での高められた圧力で作業することができる。フォトバイオリアクターの場合、よりいっそう高い圧力は、リアクターに供給されるＣＯ2含有ガス中でのよりいっそう高いＣＯ2分圧を必然的に引き起こし、このことは、媒体中でよりいっそう高いＣＯ2平衡濃度を生じ、微細藻類中へのＣＯ2輸送を促進させ、光合成反応の強化を必然的に引き起こす。ＣＯ2源としてＣＯ2含有排ガスを使用する場合には、媒体中での平衡濃度は、同様に／付加的に高められ、それによって光合成および藻類の生長は、明らかに促進される。
【００１３】
フォトバイオリアクターの底面積を節約する高度な構造形式によって、よりいっそう長いガス滞留時間に調節され（気泡の上昇速度は、不変のままである）、それによって本質的に良好なＣＯ2濃度の減少が達成される。よりいっそう良好なＣＯ2濃度の減少と共に、このようなプラントを用いた場合には、フォトバイオリアクターの排ガス中でのガスのよりいっそう高い濃度増加が得られてもよく、それによって例えば酸素の取得または水素を発生する藻類の場合には水素の取得も経済的に可能になる。更に、閉鎖されたリアクターは、水の場合に蒸発損失を減少させるかまたは阻止し、このことは、殊に地球上の水貧有の地域（乾燥地帯）において好ましい。
【００１４】
また、ＬＥＤを有するプラスチック成形部材を、場合によってはフォトリアクターの内側に配置されている放射線源としての光伝導体成形部材との組合せで使用する場合には、もはや太陽光の依存性は全くあり得ない。
【００１５】
リアクタージャケットの耐圧性および耐熱性の実施を耐熱性のＬＥＤを有するプラスチック成形部材と関連させることによって、場合によってはよりいっそう高い温度でも作業させることができる。１２０℃で蒸気を用いてのリアクターの滅菌は、可能であり、それによって汚染の有効な回避ならびに遺伝子マニプレータ操作された微細藻類またはシアノバクテリアの使用も可能である。リアクターの清浄化は、同様に１２０℃でＣＩＰ（"Cleaning in place"）蒸気噴流によって極めて効果的に行なうことができる。
【００１６】
リアクターは、充填および栄養素の供給のために供給管を備えており、生成物の分離および空にするために導出管を備えている。連続的な運転形式のためには、場合によっては外側の環状線を装備することが推奨されており、この環状線には、相分離装置または透析のためのモジュール、反転浸透装置ならびにマイクロ濾過装置またはナノ濾過装置が配置されている。熱導出および加熱のために、リアクターは、場合によっては二重ジャケット、リアクター壁上での半蛇管または内在する熱交換器を装備していてよい。更に、リアクターは、なお攪拌装置およびポンプを混合のために備えていてよい。特に、混合は、供給ガスを通気することによって、気泡塔と同様にエアリフト原理により付加的な機械的エネルギーなしに行なわれる。気泡塔／エアリフト型リアクターは、特に０．００５〜２．０ｍ／秒、特に有利に０．０２〜０．２ｍ／秒の範囲内のガス速度で運転される。特に、リアクターは、多数のリアクターユニットに分けられ、リアクターユニットは、重なり合って、有利にはずれて、スタック状に配置され、この場合リアクターユニットは、透過開口を介して互いに結合されている。この場合、リアクターセルは、フランジ（塔端部と同様）によって相互に結合されていてよいし、好ましくは、取り付け物（塔底面と同様）によって共通の外側ジャケット中に形成されていてよい。
【００１７】
フォトバイオリアクターとして運転する場合には、例えば０．０２５  ｌ／時間の藻類成長速度、水性リアクター媒体中の２．５質量％の藻類濃度および０．０５ｍ／秒のガス速度でＣＯ2源としての典型的な発電所の排ガスを使用した際に最適なリアクター高さは、約２０ｍである。
【００１８】
放射線源としては、１個以上のＬＥＤ発光体を１個以上のプラスチックマトリックス中に備えたＬＥＤを有するプラスチック成形部材、特にＬＥＤシリコーン成形部材が使用される。適したＬＥＤ発光体は、有機または無機半導体の放射線を放出する半導体構造部材、所謂ＬＥＤｓである。ＬＥＤｓは、既にプラスチック、大抵の場合シリコーン、でカプセル化されたダイオードであるかまたはカプセル化されていないダイオードである。ＬＥＤｓは、赤外範囲内、可視範囲内またはＵＶ範囲内で放射することができる。この選択は、意図される用途に依存する。フォトバイオリアクター中での光合成のためには、可視範囲内で、殊に赤色光を放射するＬＥＤｓが好ましい。プラスチックマトリックス中に埋設されたＬＥＤ発光体は、均一な波長で放出することができる。しかし、ＬＥＤ発光体は、異なる放射特性で互いに組み合わされてもよい。一般に、多数のＬＥＤ発光体は、互いに導電的に結合され、直列および／または並列で接続されている。発光体装置は、センサーと結合されていてもよいし、測定／制御装置と結合されていてもよい。発光体の数および発光体の互いの配置は、発光体の用途に依存する。ＬＥＤ発光体は、連続的にかまたはパルス的に動作されてよい。電流供給は、任意であり、特にソーラーセルを用いて行なわれる。
【００１９】
光伝導体は、透明な光透過性材料、多くの場合にガラスまたはプラスチックからなる繊維であり、この繊維は、光または赤外線の輸送に使用される。光伝導体の例は、光導波路、ガラス繊維、ポリマー光学繊維またはプラスチックからなる別の光伝導性構造部材ならびに繊維光学構成成分である。光伝導体は、光が光伝導体の全拡大部に亘って均一に放出されるように装備されている。場合によっては、光伝導体は、レンズを装備していてよく、光が光伝導体中への入射前に集光しかつ強化される。光伝導体成形部材を放射線源としてプラスチックＬＥＤ成形部材と共に使用することは、日中での動作の際に好ましい。好ましいのは、熱可塑性シリコーンエラストマー（ＴＰＳＥ）を基礎とする光伝導体である。熱可塑性シリコーンエラストマーは、有機ポリマー含分、例えばポリウレタンまたはポリビニルエステルとシリコーン含分、多くの場合に上記規定に基づいてポリジアルキルシロキサンを基礎とするシリコーン含分とを含有する。適した熱可塑性シリコーンエラストマーは、例えばWacker Chemie AG社の相応するGeniomer（登録商標）タイプで市場で入手可能である。
【００２０】
ＬＥＤを有するプラスチック成形部材および光伝導体の形状は、任意である。前記のＬＥＤを有するプラスチック成形部材および光伝導体は、ホースの形で存在することができるか、テープ、管、板として存在することができるか、またはマットの形で存在することができる。
【００２１】
板、マットまたはテープは、殊にＬＥＤを有するプラスチック成形部材の場合に放射線源として、特にリアクターの内壁に放射線源を装備するために使用される。管またはホースの形の形状は、放射線源をリアクター内部空間内に取り付けるのに向いている。
【００２２】
大型のリアクターの内部空間内に光を均一に供給するために、藻類懸濁液が周囲を流れかつ例えば管、ホースまたは板として形成されている多数のＬＥＤを有するプラスチック成形部材は、管束、ホースの束または板の束としてまとめて光取り付け部材に変えることができる。発光体は、１つの特に好ましい実施態様において、周囲空間を完全に均一に照明するように、互いにずれて配置されていてよい（例えば、捩れていてよい）。
【００２３】
ＬＥＤを有するプラスチック成形部材からなる管束の場合、隣接した成形部材表面と天然の太陽光入射にほぼ相当する光放出部との必要とされる距離は、成形部材表面に対して約１〜１０ｃｍ、有利に２〜５ｃｍである。
【００２４】
また、フォトバイオリアクターは、ＬＥＤを有するプラスチック成形部材を管または板の形で備えていてもよく、このプラスチック成形部材は、藻類懸濁液によって貫流される。この場合、多数の管または板は、管束または板の束にまとめられていてよく、リアクターユニットを形成し、このリアクターユニットは、ジャケット空間内で冷媒によって貫流され、それによって冷却される。ＬＥＤを有するプラスチック成形部材または光伝導体成形部材の寸法決定は、任意であり、リアクターの寸法に適合させることができる。
【００２５】
ＬＥＤを有する複数のプラスチック成形部材および／または複数の光伝導体成形部材の間の距離は、支持する光分布によってフォトリアクターの内側で"蛍光シリコーン浮遊体"によって調節される最適な波長および最小の密度差で増大させることができ、この蛍光シリコーン浮遊体は、特に単に通気によって懸濁される。この"蛍光シリコーン浮遊体"は、欧州特許第１４１２４１６号明細書Ｂ１または欧州特許第１４８９１２９号明細書Ｂ１の記載と同様に、例えば熱可塑性シリコーンエラストマーからなるシリコーンマトリックス中の１つ以上の蛍光物質からなる。
【００２６】
ＬＥＤを有するプラスチック成形部材に適した材料は、熱可塑性プラスチックまたは熱硬化性プラスチック、例えばアクリルガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＶＣ、ポリアミド、ポリエステル、例えばＰＥＴである。好ましいのは、シリコーンである。
【００２７】
ＬＥＤを有するプラスチック成形部材では、ＬＥＤｓは、完全にプラスチックマトリックス中に埋設されており、特にＬＥＤｓ間の導電性結合部および特に有利に電流供給部でのＬＥＤチェーンの接続部を含めて、前記のプラスチックマトリックスによって包囲されている。
【００２８】
適したシリコーンの例は、架橋されたシリコーンゴムであり、このシリコーンゴムは、縮合反応または付加反応によってかまたはラジカル的に架橋する。架橋反応は、カチオン的に相応する触媒を用いて開始されうるか、またはラジカル的に過酸化物を用いて開始されうるか、或いは放射線、殊にＵＶ線によって開始されうるか、または熱的に開始されうる。架橋されたシリコーンゴムを生じる系は、特に１成分系または２成分系として市場で入手可能であり、しかし多成分系としても市場で入手可能である。シリコーンハイブリッドポリマーおよびシリコーン樹脂も適している。シリコーンマトリックスの層厚は、ＬＥＤシリコーン成形部材の使用に依存し、一般に０．１〜５０ｍｍである。
【００２９】
縮合架橋性シリコーンゴム系は、
ａ）縮合能を有する末端基を有するオルガノポリシロキサン、
ｂ）場合によっては１分子当たり珪素に結合した少なくとも３個の加水分解可能な基を有する有機珪素化合物、ならびに
ｃ）縮合触媒を含有する。
【００３０】
縮合反応によって架橋する、適した架橋されたシリコーンゴムは、室温で架橋する１成分系、所謂ＲＴＶ−１−シリコーンゴムである。ＲＴＶ−１−シリコーンゴムは、触媒の存在下で縮合下に室温で架橋する、縮合能を有する末端基を有するオルガノポリシロキサンである。最も一般的に使用されているのは、ｎ＞２の鎖長を有する構造式Ｒ3ＳｉＯ［−ＳｉＲ2Ｏ］n−ＳｉＲ3のジアルキルポリシロキサンである。アルキル基Ｒは、同一でも異なっていてもよく、一般に１〜４個のＣ原子を有し、および場合によっては置換されていてよい。アルキル基Ｒは、部分的に別の基、特に場合によっては置換されているアリール基によって置換されていてよく、この場合アルキル−（アリール）基Ｒは、部分的に縮合架橋能を有する基、例えばアルコール基、アセテート基、アミン基またはオキシム基によって交換されている。架橋は、適した触媒、例えば錫触媒またはチタン触媒により促進される。適したＲＴＶ−１−シリコーンゴム、例えばWacker Chemie AG社のELASTOSIL（登録商標）Aシリーズ、EシリーズまたはNシリーズの相応するタイプは、市場で入手可能である。
【００３１】
縮合反応によって架橋する、適した架橋されたシリコーンゴムは、室温で架橋する２成分系、所謂ＲＴＶ−２−シリコーンゴムである。ＲＴＶ−２−シリコーンゴムは、ヒドロキシ基で数回置換されたオルガノポリシロキサンを珪酸エステルの存在下で縮合架橋することにより得られる。架橋剤としては、アルコキシ基、オキシム基、アミン基またはアセテート基を有するアルキルシランが使用されてもよく、このアルキルシランは、適した縮合触媒、例えば錫触媒またはチタン触媒の存在下でヒドロキシ基を末端に有するポリジアルキルシロキサンと架橋する。適した縮合架橋性ＲＴＶ−２−シリコーンゴム、例えばWacker Chemie AG社のELASTOSIL（登録商標）RTシリーズの相応するタイプは、市場で入手可能である。
【００３２】
ＲＴＶ−１−シリコーンゴム中およびＲＴＶ−２−シリコーンゴム中に含有されているポリジアルキルシロキサンの例は、ｎ＞２の鎖長を有する式（ＯＨ）Ｒ2ＳｉＯ［−ＳｉＲ2Ｏ］n−ＳｉＲ2（ＯＨ）のポリジアルキルシロキサンであり、この場合アルキル基Ｒは、同一でも異なっていてもよく、一般に１〜４個のＣ原子を含有し、および場合によっては置換されていてよい。アルキル基Ｒは、部分的に別の基、特に場合によっては置換されているアリール基によって置換されていてもよい。特に、ポリジアルキルシロキサンは、末端のＯＨ基を含有し、このＯＨ基は、珪酸エステルまたは系アルキルシラン／錫（チタン）触媒と室温で架橋する。
【００３３】
ＲＴＶ−１−シリコーンゴム中およびＲＴＶ−２−シリコーンゴム中に含有されている、加水分解可能な基を有するアルキルシランの例は、ａが１〜３（有利に１）であり、かつＸがＲ’’（アルコキシ架橋剤）、Ｃ（Ｏ）Ｒ’’（アセテート架橋剤）、Ｎ＝ＣＲ’’2（オキシム架橋剤）またはＮＲ’’2（アミン架橋剤）を意味する式ＲaＳｉ（ＯＸ）4-aのアルキルシランであり、この場合Ｒ’’は、１〜６個の炭素原子を有する１価炭化水素基を表わす。
【００３４】
付加架橋するシリコーンゴム系は、
ａ）脂肪族炭素−炭素多重結合を有する基を有する有機珪素化合物、
ｂ）場合によってはＳｉ結合した水素原子を有する有機珪素化合物またはａ）およびｂ）の代わりに、
ｃ）脂肪族炭素−炭素多重結合を有する基およびＳｉ結合した水素原子を有する有機珪素化合物、
ｄ）脂肪族多重結合へのＳｉ結合した水素の付着を促進する触媒および
ｅ）場合によっては脂肪族多重結合へのＳｉ結合した水素の付着を室温で遅延させる薬剤を含有する。
【００３５】
付加反応によって架橋する、適した架橋されたシリコーンゴムは、室温で架橋する２成分系、所謂付加架橋性ＲＴＶ−２−シリコーンゴムである。
【００３６】
付加架橋性ＲＴＶ−２−シリコーンゴムは、ポリエチレン系不飽和基、特にビニル基、によって置換されたオルガノポリシロキサンと、Ｓｉ−Ｈ基で数回置換されたオルガノポリシロキサンとを、白金触媒の存在下でＰｔ触媒で促進させて架橋することによって得られる。
【００３７】
特に、前記成分の１つは、一般にアルキル基中に１〜４個のＣ原子を有する、ｎ≧０を有する構造式Ｒ3ＳｉＯ［−ＳｉＲ2Ｏ］n−ＳｉＲ3のジアルキルポリシロキサンからなり、この場合アルキル基は、全体的または部分的にアリール基、例えばフェニル基によって置換されていてよく、末位の基Ｒの１端または両端で重合可能な基、例えばビニル基によって置換されている。同様に、シロキサン鎖中の基Ｒは、部分的に重合可能な基によって置換されていてよく、また末端基の基Ｒと組み合わせて重合可能な基によって置換されていてよい。好ましくは、構造式ＣＨ2＝ＣＨ2−Ｒ2ＳｉＯ［−ＳｉＲ2Ｏ］n−ＳｉＲ2−ＣＨ2＝ＣＨ2のビニル末端封鎖されたポリジメチルシロキサンが使用される。
【００３８】
第２の成分は、Ｓｉ−Ｈ官能性架橋剤を含有する。通常使用されるポリアルキルハイドロジェンシロキサンは、ジアルキルポリシロキサンとｍ≧０、ｎ≧０を有する一般式Ｒ'3ＳｉＯ［−ＳｉＲ2Ｏ］n−［ＳｉＨＲＯ］m−ＳｉＲ'3を有するポリアルキルハイドロジェンシロキサンとからなるコポリマーであり、但し、この場合には、少なくとも２個のＳｉＨ基が含有されていなければならず、その際Ｒ’は、ＨまたはＲの意味を有することができる。それに応じて、側位のＳｉＨ基および末位のＳｉＨ基を有する架橋剤が存在し、一方で、末位にＳｉＨ基だけを有する、Ｒ’＝Ｈを有するシロキサンも鎖長延長に使用される。
【００３９】
架橋触媒としては、微少量の白金有機化合物が含有されている。
【００４０】
適したＲＴＶ−シリコーンゴム、例えばWacker Chemie AG社のELASTOSIL（登録商標）RTまたはELASTOSIL（登録商標）LR（ＬＳＲシリコーンゴム）またはSEMICOSIL（登録商標）シリーズの相応するタイプは、市場で入手可能である。
【００４１】
ラジカル架橋する適したシリコーンゴムまたは付加反応によって架橋する適したシリコーンゴムは、温度の上昇の際に架橋する固体シリコーンゴム（ＨＴＶ）である。
【００４２】
付加架橋性ＨＴＶ−２−シリコーンゴムは、ポリエチレン系不飽和基、特にビニル基、によって置換されたオルガノポリシロキサンと、Ｓｉ−Ｈ基で数回置換されたオルガノポリシロキサンとを、白金触媒の存在下で架橋することによって得られる。
【００４３】
特に、過酸化的に架橋するかまたは付加架橋するＨＴＶシリコーンゴムの成分の１つは、一般にアルキル基中に１〜４個のＣ原子を有する、ｎ≧０を有する構造式Ｒ3ＳｉＯ［−ＳｉＲ2Ｏ］n−ＳｉＲ3のジアルキルポリシロキサンからなり、この場合アルキル基は、全体的または部分的にアリール基、例えばフェニル基によって置換されていてよく、末位の基Ｒの１端または両端で重合可能な基、例えばビニル基によって置換されている。しかし、側位にビニル基を有するポリマーまたは側位および末位にビニル基を有するポリマーが使用されてもよい。好ましいのは、構造式ＣＨ2＝ＣＨ2−Ｒ2ＳｉＯ［−ＳｉＲ2Ｏ］n−ＳｉＲ2−ＣＨ2＝ＣＨ2のビニル末端封鎖されたポリジメチルシロキサンならびになお側位にビニル基を有する前記構造式のビニル末端封鎖されたポリジメチルシロキサンである。付加架橋性ＨＴＶシリコーンゴムの場合、第２の成分は、ジアルキルポリシロキサンとｍ＞０、ｎ＞０を有する一般式Ｒ'3ＳｉＯ［−ＳｉＲ2Ｏ］n−［ＳｉＨＲＯ］m−ＳｉＲ'3を有するポリアルキルハイドロジェンシロキサンとからなるコポリマーであり、但し、この場合には、少なくとも２個のＳｉＨ基が含有されていなければならず、その際Ｒ’は、ＨまたはＲの意味を有することができる。それに応じて、側位のＳｉＨ基および末位のＳｉＨ基を有する架橋剤が存在し、一方で、末位にＳｉＨ基だけを有する、Ｒ’＝Ｈを有するシロキサンも鎖長延長に使用される。架橋触媒としては、白金触媒が使用され、ＨＴＶシリコーンゴムは、１成分系としても加工され、この場合架橋反応は、温度上昇によって架橋触媒としての過酸化物、例えばアシル過酸化物、アルキル過酸化物またはアリール過酸化物の存在下で誘発される。過酸化物架橋性のＨＴＶシリコーンゴムは、場合によってはエチレン系不飽和基、特にビニル基で数回置換されたオルガノポリシロキサンを架橋することによって得られる。適したＨＴＶシリコーンゴム、例えばWacker Chemie AG社の相応するELASTOSIL（登録商標）RタイプまたはELASTOSIL（登録商標）Rプラスタイプは、市場で入手可能である。
【００４４】
その上、最近、なお特殊なＨＴＶシリコーンゴムおよびＲＴＶ−１−シリコーンゴムが市場で入手可能であり、これらのシリコーンゴムは、前記の付加反応により、特殊な白金錯体または白金／抑制剤系を熱的および／または光化学的に活性化し、それによって架橋反応を促進させることにより架橋される。この種の系は、例えばWacker Chremie AG社のELASTOSIL（登録商標）Rタイプ、ELASTOSIL（登録商標）RTタイプおよびSemicosil（登録商標）タイプとして入手可能である。
【００４５】
また、適した材料は、シリコーンハイブリッドポリマーである。シリコーンハイブリッドポリマーは、有機ポリマーブロック、例えばポリウレタン、ポリ尿素またはポリビニルエステルと一般に上記種のポリジアルキルシロキサンを基礎とするシリコーンブロックとのコポリマーまたはグラフトコポリマーである。例えば、熱可塑性シリコーンハイブリッドポリマーは、欧州特許第１４１２４１６号明細書Ｂ１および欧州特許第１４８９１２９号明細書Ｂ１に記載されており、これらの関連する開示は、本願の対象でもある。この種のシリコーンハイブリッドポリマーは、熱可塑性シリコーンエラストマー（ＴＰＳＥ）と呼称され、例えばWacker Chemie AG社の相応するGENIOMER（登録商標）タイプとして市場で入手可能である。
【００４６】
シリコーン樹脂は、同様にシリコーンマトリックスに適した材料である。一般に、シリコーン樹脂は、ｂが０、１、２または３であり、ｃが０、１、２または３である一般式Ｒb（ＲＯ）cＳｉＯ（4-b-c）/2の単位を含有し、但し、この場合ｂ＋ｃは、３以下であり、Ｒは、高度に架橋された有機珪素網状組織を形成する上記の意味を有する。適したシリコーン樹脂は、例えばWacker Chemie AG社の相応するSILRES（登録商標）タイプで市場で入手可能である。
【００４７】
また、ラジカル形成剤またはカチオン光開始剤で硬化される、放射線硬化性アクリル官能性シリコーン、放射線硬化性エポキシ官能性シリコーンまたは放射線硬化性ビニルエーテル官能性シリコーンが適している。
【００４８】
この場合、ＬＥＤ発光体が個々のシリコーンマトリックス中に埋設されている場合には、フォトリアクターの運転時間中に光効率が減少しないようにするために、シリコーンマトリックスは、シリコーンマトリックスは、リアクターの全運転時間に亘って完全に持続的にＬＥＤ発光体に結合されていなければならない。この場合には、シリコーンの形が発光体に適合し、良好に付着し、および例えば生じる温度変動のためにマトリックスと発光体との間に空隙を全く形成しないシリコーンが特に好適である。好ましい材料は、前記のＲＴＶ−２−シリコーンゴム、殊にＬＳＲ−シリコーンゴム、ＨＴＶシリコーンゴムおよびシリコーンハイブリッドポリマー、殊にさらに上記したような熱可塑性エラストマーである。
【００４９】
１つの好ましい実施態様において、ＬＥＤシリコーン成形部材は、内部の軟質シリコーンマトリックスＡを含有し、この軟質シリコーンマトリックスＡは、１個以上のよりいっそう硬質のシリコーンマトリックスＢによって包囲されている。内側のシリコーンマトリックスＡは、１０以下のショアーＡ硬度（ＤＩＮ 53505/ISO 868）で軟質であるか、または液状のシリコーン油が問題である場合には、１〜１００×１０6ｍＰａ．ｓの平均粘度（２３℃および１０１３ミリバールで）で軟質である。特に、ショアーＡ硬度は、５未満であり、或いは平均粘度（２３℃および１０１３ミリバールで）は、１０〜１０×１０6ｍＰａ．ｓである。外側のシリコーンマトリックスＢの場合、ショアーＡ硬度は、１０を上廻り、内側のシリコーンマトリックスＡが同様に標準条件（２３／５０  ＤＩＮ 50014）で固体のシリコーンタイプからなる場合には、内側のシリコーンマトリックスＡのショアーＡ硬度と外側のシリコーンマトリックスＢのショアーＡ硬度との差は、少なくとも５個所、有利に少なくとも１０個所、殊に少なくとも２０個所のショアー硬度の測定点にある。
【００５０】
外側のシリコーンマトリックスＢは、上記材料を基礎とする。
【００５１】
シリコーンマトリックスＡは、発光体に向かって最適化されており、電子構造部材のための保護機能（衝撃吸収）と共に光収量を最適化し（屈折率の適合）、および熱導出を簡易化する。更に、発光体が持続的に発光体の全動作時間中にシリコーンマトリックスによって堅固に包囲されたままであり、拡散する光散乱効果をまねく空気および水の封入が阻止されることは、重要である。
【００５２】
内側のシリコーンマトリックスＡに好ましい材料は、一般にｎ＞２の鎖長を有する構造式Ｒ3ＳｉＯ［−ＳｉＲ2Ｏ］n−ＳｉＲ3のジアルキルポリシロキサンであるシリコーン油である。アルキル基Ｒは、同一でも異なっていてもよく、一般に１〜４個のＣ原子を有し、および場合によっては置換されていてよい。アルキル基Ｒは、部分的に別の基によって、特に場合によっては置換されているアリール基によって置換されていてもよいし、分枝鎖状シリコーン油の場合には、トリアルキルシロキシ基によって置換されていてもよい。例は、メチルシリコーン油（ＣＨ3）3ＳｉＯ［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ］n−Ｓｉ（ＣＨ3）3、メチルフェニルシリコーン油それぞれｎ’＋ｎ’’＞２を有する（ＣＨ3）3ＳｉＯ［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ］n'−［−Ｓｉ（Ｃ6Ｈ5）2Ｏ］n''−Ｓｉ（ＣＨ3）3または（ＣＨ3）3ＳｉＯ［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ］n'−［−Ｓｉ（ＣＨ3）（Ｃ6Ｈ5）Ｏ］n''−Ｓｉ（ＣＨ3）3、分枝鎖状メチルシリコーン油（ＣＨ3）3ＳｉＯ［−Ｓｉ（ＣＨ3）（ＯＳｉ（ＣＨ3）3Ｏ］n−Ｓｉ（ＣＨ3）3、分枝鎖状メチルフェニルシリコーン油（ＣＨ3）3ＳｉＯ［−Ｓｉ（Ｃ6Ｈ5）（ＯＳｉ（ＣＨ3）3）Ｏ］n−Ｓｉ（ＣＨ3）3である。アリール基の導入およびアルキル基とアリール基との比の調節により、当業者であれば、公知の方法でシリコーンマトリックスの屈折率を発光体に適合させることができる。更に、特に末端基には、官能化された（"停止されていない"）ポリジメチルシロキサン油が使用されてもよい。このようなシリコーン油は、市場で入手することができ、公知方法で製造可能である。商業的に入手可能なシリコーン油の例は、Wacker Chemie AG社のWacker Siliconoeleである。
【００５３】
内側のシリコーンマトリックスＡには、シリコーンゲルも適している。シリコーンゲルは、室温で触媒存在下で架橋する、注型可能な２つの成分から製造される。前記成分の１つは、一般に１〜４個のＣ原子を有する、一般にｎ≧０を有する構造式Ｒ3ＳｉＯ［−ＳｉＲ2Ｏ］n−ＳｉＲ3のジアルキルポリシロキサンからなり、この場合アルキル基は、全体的または部分的にアリール基、例えばフェニル基によって置換されていてよく、末位の基Ｒの１端または両端で重合可能な基、例えばビニル基によって置換されている。同様に、シロキサン鎖中の基Ｒは、部分的に重合可能な基によって置換されていてよく、また末端基の基Ｒと組み合わせて重合可能な基によって置換されていてよい。好ましくは、構造式ＣＨ2＝ＣＨ2−Ｒ2ＳｉＯ［−ＳｉＲ2Ｏ］n−ＳｉＲ2−ＣＨ2＝ＣＨ2のビニル末端封鎖されたポリジメチルシロキサンが使用される。
【００５４】
第２の成分は、Ｓｉ−Ｈ官能性架橋剤を含有する。通常使用されるポリアルキルハイドロジェンシロキサンは、ジアルキルポリシロキサンとｍ≧０、ｎ≧０を有する一般式Ｒ'3ＳｉＯ［−ＳｉＲ2Ｏ］n−［ＳｉＨＲＯ］m−ＳｉＲ'3を有するポリアルキルハイドロジェンシロキサンとからなるコポリマーであり、但し、この場合には、少なくとも２個のＳｉＨ基が含有されていなければならず、その際Ｒ’は、ＨまたはＲの意味を有することができる。それに応じて、側位のＳｉＨ基および末位のＳｉＨ基を有する架橋剤が存在し、一方で、末位にＳｉＨ基だけを有する、Ｒ’＝Ｈを有するシロキサンも鎖長延長に使用される。架橋触媒としては、微少量の白金有機化合物が含有されている。前記成分を混合することによって、架橋反応は、開始され、ゲルが形成される。この架橋反応は、熱の作用によっておよび／または電磁線、特にＵＶ線によって促進されうる。この場合、ＵＶ−ＬＥＤｓそれ自体は、ゲルの架橋反応を誘発することができる。シリコーンゲルは、特に有利に５０未満のショアー硬度００（ＤＩＮ  ５３５０５／ＩＳＯ  ８６８）を有する軟質材料、多くの場合に有利には、１０ｍｍ／１０のＤＩＮ  ＩＳＯ  ２１３７による侵入値（Penetraionswert）（底面が四分の一の円錐体９．３８ｇおよび作用時間３秒間）を有する軟質材料である。適したシリコーンゲルは、例えばWacker Chemie AG社, Muenchen在の商品名WACKER SilGel（登録商標）で市場で入手可能である。
【００５５】
ＬＥＤを有するプラスチック成形部材は、プラスチック加工において通常の技術を用いて、例えば注型、押出、流し込み成形、圧縮成形または射出成形を用いてＬＥＤを有するプラスチック成形部材の形状に応じて製造される。ＬＥＤシリコーン成形部材は、場合によってはなお例えばシリコーン樹脂を基礎とするトップコートで被覆されてよい。
【００５６】
リアクターの取り付け物の範囲内で多数のＬＥＤを有するプラスチック成形部材を大型の発光器の内部空間内で最適化された構造的配置によって、大容量の発光器中での藻類バイオマスの経済的な量産が可能になる。ＬＥＤを有するプラスチック成形部材を用いた場合には、多数のＬＥＤｓをリアクター発光取り付け物にまとめることができ、それによってこの取り付け物は、大容量のリアクターの最適な内部照明を可能にする。
【００５７】
ＬＥＤｓをプラスチックマトリックス中に埋設したために、殊にシリコーンマトリックスの場合には、汚れおよび付着物形成は、明らかに減少される。更に、利点は、ＬＥＤシリコーン成形部材を使用することによって、フォトリアクター全体を１２１℃で少なくとも１時間の時間に亘って繰り返し蒸気滅菌することが可能になることにある。
【００５８】
ＬＥＤを有するプラスチック成形部材をリアクター容積全体に亘って配置することによって、よりいっそう良好な熱導出が達成され、それによってＬＥＤｓは、外側配置で可能である場合によりも高い圧力および光収量で動作させることができる。
【００５９】
フォトリアクターは、放射線誘発された化学反応のためのリアクターとして使用されることができる。フォトリアクターは、価値のある物質、例えばタンパク質、ビタミン、製薬学的作用物質、脂質、ならびに微細藻類を用いる、ＣＯ2、水および無機栄養素からの水素の独立栄養生物による生産および従属栄養生物による生産のために使用されることができる。更に、使用は、有機炭素源を与え（Zufuetterung）ながら価値のある物質を混合栄養生産することにある。ＣＯ2および水および無機栄養素からの藻類バイオマスの生産、および発電所の排ガスまたは工業排ガスからのＣＯ2の除去。こうして製造された藻類バイオマスは、エネルギー原料、化学的原料、食品として適しており、および化粧学的用途および医学的用途に使用される。更に、リアクターは、光の形でエネルギー供給を必要とする微細藻類または微生物を用いて水素または別のガス状の物質交換物質を生産するための方法に適している。
【００６０】
本発明は、図１〜３で例示的に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】管束またはホース束中にＬＥＤシリコーン成形部材を備えたフォトバイオリアクター要素を示す略図。
【図２】気泡塔のフォトバイオリアクターを示す略図。
【図３】平衡に接続されたＬＥＤを有するシリコーン管を備えた気泡塔リアクターを示す略図。
【００６２】
図１は、管束またはホース束中にＬＥＤシリコーン成形部材を備えたフォトバイオリアクター要素を示す略図である。
【００６３】
フォトバイオリアクター要素１は、耐圧性のリアクタージャケット１ａから構成されており、塔取り付け部材（特殊な塔底）の範囲内で光取り付け部材１ｂまたは特殊な場合には、同時にフォトバイオリアクター蓋であることができる光取り付けフランジを使用する。リアクタージャケット１ａまたはフォトバイオリアクター蓋１ｂには、供給および導出のための接続管が配置されていてよい。光取り付け部材または光取り付けフランジ１ｂは、直ぐ次のフォトバイオリアクター要素のための通過開口２を備えている。
【００６４】
フォトバイオリアクターは、通気された水性藻類懸濁液３で充填されており、このフォトバイオリアクターとガス側および懸濁液側で結合された、フォトバイオリアクターの下方にあるフォトバイオリアクター要素の通過開口の上方に存在する。この場合、気泡は、上昇し、微細藻類の液体循環、混合および懸濁を誘発する。
【００６５】
光取り付け部材（光取り付けフランジ、特殊な場合にはフォトバイオリアクター蓋）１ｂは、ＬＥＤシリコーン成形部材６の平衡に接続された束５を備えており、このシリコーン成形部材は、一列に接続された赤色ＬＥＤｓ（赤色の点）７を有する。束５は、光取り付け部材（光取り付けフランジ、特殊な場合にはリアクター蓋）１ｂの管底面と注型シーリング剤により結合されている。
【００６６】
図２は、気泡塔のフォトバイオリアクターである。
【００６７】
図２は、図１に記載の多数のフォトバイオリアクター要素からなる塔リアクター９にまとめられたフォトバイオリアクターを示す。塔リアクター９の下端部から最も下方のリアクター成分９ａに導管１０およびガス分配器を介してＣＯ2含有空気または発電所排ガスが供給される。上端部から導管１１を介してＣＯ2貧有の精製されたガスが流出するか、またはガス状の生成物が取り出されることができ、次の処理工程で分離されることができる。導管１２を介して、水性藻類懸濁液は、取り出されることができる。藻類バイオマスは、マイクロ濾過／分離器ユニット１３中で濃縮水として濃縮されることができる。１つの部分流は、微細藻類の濃縮を高めるために導管１４を介して返送されることができる。水は、場合によっては栄養塩で濃度を増加させた後に、特に上方へフォトバイオリアクター中に供給され、マイクロ濾過／分離器ユニット１３が設置されている場合には、透過水として分離される。１つの部分流は、場合によっては導管１５を介して返送されることができる。塔リアクター９は、バッチ式、バッチ連続式（Feedbatchbetrieb）または連続輸送式（kontinuierlich）で運転されることができる。
【００６８】
図３は、平衡に接続されたＬＥＤを有するシリコーン管を備えた気泡塔リアクターを示す略図。図３は、ＬＥＤｓ１６を装備した多数の透明なシリコーン管１７を管束として平行に接続しかつ枠１８と結合されているフォトバイオリアクターを示す。シリコーン管は、加熱／冷却系１９で温度調節される。多数のこのようなフォトリアクター取り付け部材は、塔リアクターとして重なり合って接続されることができ、および／または攪拌エアリフト気泡塔リアクターまたはループリアクターに取り付けることができる。
【実施例】
【００６９】
例１：
約２ｃｍの２個のＬＥＤシリコーン成形部材の間の間隔で、シリコーン中に埋設されたＬＥＤテープ（接続効率８．４Ｗ；Ｖｆ＝１２Ｖ  ｌｆ＝７００ｍＡ）からなる、それぞれ２５５個の下向きに立つＬＥＤシリコーン成形部材（寸法（Ｈ×Ｂ×Ｔ）９６５ｍｍ×８ｍｍ×１３ｍｍ）を有し、それぞれ１ｍの間隔で重なり合って配置された２７個の光取り付け部材を有する、３６５ｍｍの直径および２８ｍの高さを有する特殊鋼からなる閉鎖された光合成管状リアクターを、藻類バイオマス（クロレラChlorella vulgaris）の独立栄養生物の生産のために滅菌条件下で完全に連続的に４週間の期間に亘って運転した。
【００７０】
リアクターは、滅菌および冷却のために外側で溶接された半蛇管を備え、温度制御装置、圧力制御装置、ｐｈ制御装置および状態制御装置を装備していた。
【００７１】
滅菌は、媒体（水＋栄養塩）で充填された状態で１２１℃および過圧で１時間の期間に亘って行なわれた。このために、半蛇管に蒸気が６バールで貫流され、蒸気の供給は、リアクター中での温度調節により制御された。冷却の場合には、最初に通気が開始され、低圧の発生が回避された。引続き、リアクター中の運転温度は、二重ジャケット中への冷却水の供給により一定になるように調整され、２７℃に調節された。リアクターの塔頂部で１０ミリバールの弱い過圧に調節された。吸気、排気および水供給原料を滅菌濾過し、滅菌された捕集容器中の藻類懸濁液を空にした。
【００７２】
このリアクターを、振盪フラスコ中で製造されたクロレラChlorella予備培養物で接種した。２％（２０ｇ／l）の乾燥バイオマス濃度が達成された後、連続的な運転に切り換えた。リアクター中で藻類含量２質量％を有する水性藻類懸濁液（藻類：クロレラ  ブルガリスChlorella vulgaris）が静止状態を生じるように希釈速度を調節した。藻類への給水および栄養塩の供給のために、８．８  ｌ／時間の連続的な供給水の流れが必要であった。このプラントにＣＯ2  ４．５体積％、Ｏ2  １０．２体積％、Ｈ2Ｏ  １０．８体積％およびＮ2  ７４．５体積％を含有する、ＣＯ2含有排ガス２０Ｎｎ／時間を供給した。リアクターから流出する排ガスは、ＣＯ2  ０．１％、Ｏ2  １６．０％、Ｈ2Ｏ  ２．９％およびＮ2  ８１．０％の組成を有していた。
【００７３】
２％の藻類懸濁液を充填位置に来るように調整して、この藻類懸濁液を連続的にリアクターから取り出した。リアクターから毎日３回試料採取した。リアクターの生産性は、連続的な運転で毎時間１ｍ3当たり乾燥藻類バイオマス０．４ｋｇであった。
【図１】
2010530738.tif 000003
【図２】
2010530738.tif 000004
2010530738.tif 000005
【図３】
2010530738.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月25日(2009.2.25)
【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】
１個以上のＬＥＤ発光体がプラスチックマトリックス中に封入されているＬＥＤプラスチック成形部材を、フォトリアクターの内側に配置されている放射線源として備えているフォトリアクター。
【請求項２】
ＬＥＤプラスチック成形部材としてＬＥＤシリコーン成形部材が使用されている、請求項１記載のフォトリアクター。
【請求項３】
有機または無機半導体の放射線放出する半導体構造素子がＬＥＤ発光体として使用されている、請求項１または２記載のフォトリアクター。
【請求項４】
ＬＥＤシリコーン成形部材が、互いに導電的に結合され直列および／または並列で接続された多数のＬＥＤ発光体を備えている、請求項１から３までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項５】
光伝導体成形部材が放射線源としてプラスチックＬＥＤ成形部材と共に使用されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項６】
光伝導体成形部材として熱可塑性シリコーンエラストマーを基礎とする光伝導体成形部材が使用されている、請求項５記載のフォトリアクター。
【請求項７】
フォトリアクター中で支持する光分布のためにプラスチックＬＥＤ成形部材および／または光伝導体成形部材と共に蛍光シリコーン浮遊体が使用されている、請求項１から６までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項８】
ＬＥＤプラスチック成形部材および光伝導体が、ホースの形で存在するか、テープとして、管として、板として存在するか、またはマットの形で存在する、請求項１から７までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項９】
フォトリアクターが管、ホースまたは板として形成されている多数のＬＥＤプラスチック成形部材を備え、前記ＬＥＤプラスチック成形部材が管束、ホース束または板の束として光取り付け部材にまとめられている、請求項１から８までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１０】
フォトバイオリアクターとしてＬＥＤプラスチック成形部材が藻類懸濁液によって貫流される管または板の形で備えられており、この場合多数の管または板は、管束または板の束にまとめられ、およびリアクターユニットを形成し、このリアクターユニットがジャケット空間内で冷媒によって貫流されている、請求項１から９までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１１】
ＬＥＤプラスチック成形部材が架橋されたシリコーンゴム、シリコーンハイブリッドポリマーおよび／またはシリコーン樹脂を基礎とするＬＥＤプラスチック成形部材である、請求項１から１０までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１２】
ＬＥＤプラスチック成形部材が熱可塑性エラストマーからなる唯一のシリコーンマトリックスを有する、請求項１から１１までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１３】
ＬＥＤプラスチック成形部材が、１つ以上のよりいっそう硬質のシリコーンマトリックスＢによって包囲されている、内側の軟質シリコーンマトリックスＡを備えている、請求項１から１２までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１４】
プラスチックマトリックスがなおトップコートＣを備えている、請求項１から１３までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項に記載のフォトリアクター中で放射線誘発された化学反応を実施するための方法。
【請求項１６】
請求項１から１４までのいずれか１項に記載のフォトリアクターを用いて藻類バイオマスを生産する方法。
【請求項１７】
価値のある物質を藻類バイオマスを用いて独立栄養生物により生産し、および従属栄養生物により生産するための請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
請求項１から１４までのいずれか１項に記載のフォトリアクターを用いてＣＯ2を発電所の排ガスまたは工業排ガスから除去する方法。
【請求項１９】
請求項１から１４までのいずれか１項に記載のフォトリアクターを用いて光の形のエネルギー供給を必要とする微細藻類または微生物により水素または別のガス状の物質交換物質を生産する方法。
【請求項２０】
エネルギー原料、化学的原料、食品としての化粧学的用途および医学的用途への請求項１から１４までのいずれか１項に記載のフォトリアクター中で生産された藻類バイオマスの使用。
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月1日(2010.2.1)
【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】
多数のＬＥＤ発光体がプラスチックマトリックス中に封入されているＬＥＤプラスチック成形部材を、フォトリアクターの内側に配置されている放射線源として備えているフォトリアクターにおいて、ＬＥＤプラスチック成形部材としてＬＥＤシリコーン成形部材が使用されていることを特徴とする、フォトリアクター。
【請求項２】
有機または無機半導体の放射線放出する半導体構造素子がＬＥＤ発光体として使用されている、請求項１記載のフォトリアクター。
【請求項３】
ＬＥＤシリコーン成形部材が、互いに導電的に結合され直列および／または並列で接続された多数のＬＥＤ発光体を備えている、請求項１または２記載のフォトリアクター。
【請求項４】
光伝導体成形部材が放射線源としてプラスチックＬＥＤ成形部材と共に使用されている、請求項１から３までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項５】
光伝導体成形部材として熱可塑性シリコーンエラストマーを基礎とする光伝導体成形部材が使用されている、請求項４記載のフォトリアクター。
【請求項６】
フォトリアクター中で支持する光分布のためにプラスチックＬＥＤ成形部材および／または光伝導体成形部材と共に蛍光シリコーン浮遊体が使用されている、請求項１から５までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項７】
ＬＥＤプラスチック成形部材および光伝導体が、ホースの形で存在するか、テープとして、管として、板として存在するか、またはマットの形で存在する、請求項１から６までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項８】
フォトリアクターが管、ホースまたは板として形成されている多数のＬＥＤプラスチック成形部材を備え、前記ＬＥＤプラスチック成形部材が管束、ホース束または板の束として光取り付け部材にまとめられている、請求項１から７までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項９】
フォトバイオリアクターとしてＬＥＤプラスチック成形部材が藻類懸濁液によって貫流される管または板の形で備えられており、この場合多数の管または板は、管束または板の束にまとめられ、およびリアクターユニットを形成し、このリアクターユニットがジャケット空間内で冷媒によって貫流されている、請求項１から８までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１０】
ＬＥＤプラスチック成形部材が架橋されたシリコーンゴム、シリコーンハイブリッドポリマーおよび／またはシリコーン樹脂を基礎とするＬＥＤプラスチック成形部材である、請求項１から９までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１１】
ＬＥＤプラスチック成形部材が熱可塑性エラストマーからなる唯一のシリコーンマトリックスを有する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１２】
ＬＥＤプラスチック成形部材が、１つ以上のよりいっそう硬質のシリコーンマトリックスＢによって包囲されている、内側の軟質シリコーンマトリックスＡを備えている、請求項１から１１までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１３】
プラスチックマトリックスがなおトップコートＣを備えている、請求項１から１２までのいずれか１項に記載のフォトリアクター。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか１項に記載のフォトリアクター中で放射線誘発された化学反応を実施するための方法。
【請求項１５】
請求項１から１３までのいずれか１項に記載のフォトリアクターを用いて藻類バイオマスを生産する方法。
【請求項１６】
価値のある物質を藻類バイオマスを用いて独立栄養生物により生産し、および従属栄養生物により生産するための請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
請求項１から１３までのいずれか１項に記載のフォトリアクターを用いてＣＯ2を発電所の排ガスまたは工業排ガスから除去する方法。
【請求項１８】
請求項１から１３までのいずれか１項に記載のフォトリアクターを用いて光の形のエネルギー供給を必要とする微細藻類または微生物により水素または別のガス状の物質交換物質を生産する方法。
【請求項１９】
エネルギー原料、化学的原料、食品としての化粧学的用途および医学的用途への請求項１から１３までのいずれか１項に記載のフォトリアクター中で生産された藻類バイオマスの使用。
【国際調査報告】
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