建造你自己的光生物反应器

目标是让学生有机会使用科学的方法来设计测试光生物反应器的设计。

研究问题:

• 能找到一种便宜的光生物反应器设计来适应藻类的生长需求吗?
• 什么样的光源能促进藻类的生长?
• 光生物反应器能否保持适宜的pH值?
• 是否可以制定一种混合方案来搅拌藻类?
• 反应堆能保持合适的温度吗?
• 能否为藻类找到合适的营养来源?
• 最初的光生物反应器设计是否可以改进?

藻类生长需要阳光、碳源、营养物质(氮或硅)和水。它们也可以从搅拌中受益。

藻类需要光能将二氧化碳转化为生长所需的有机化合物。如果暴露在阳光直射下，它们的生长可能会受到抑制。如果使用人工照明，最好是荧光管发出蓝色或红色的光。人造光应该每天有18小时可用。

生长藻类的水的pH值应该在7到9之间。

搅拌是可取的，这样所有的藻类都能同等地暴露在光线和营养物质下。海藻应该每天搅拌。然而，并不是所有的藻类都能忍受剧烈的混合。

水温应在20至24摄氏度之间。低于16摄氏度的温度会减缓藻类的生长，而高于35摄氏度的温度对藻类是致命的。

光生物反应器是一个容纳和培养藻类的房间。它为培养维持适宜的光照、养分、空气和温度。

材料:

• 完成这个项目所需的材料完全由学生自己决定。一个非常基本的光生物反应器可以使用三瓶一升的纯净水;糖;啤酒酵母;硅酮密封胶;钻;6毫米水族航线管;和藻类(请参阅科学展览项目题为“二氧化碳和藻类”，并在本组提交。)

实验过程:

1. 回顾藻类的生长要求。
2. 设计一个便宜的光生物反应器，使藻类生长得更快。请记住以下几点:

• 光线不宜太强烈。如果藻类暴露在阳光直射下或离人造光太近，它们的生长可能会受到抑制。如果你选择人造光，你应该使用荧光管，发出蓝光或红光。(这些是光合作用光谱中最活跃的部分。)这盏灯每天至少要亮18个小时。
• 如果pH值超出7到9的范围，藻类培养就会完全崩溃。在藻类生长期间，pH值可能会攀升到9，这可以通过向反应器中添加二氧化碳来平衡。
• 混合藻类可以确保所有的藻类细胞都暴露在阳光和营养下。混合还可以防止室外生物反应器中温度梯度的形成。
• 大多数藻类菌株喜欢20到24℃的温度范围，尽管温度在16到27℃之间通常是可以忍受的。许多藻类在35摄氏度以上就会死亡。
• 藻类需要营养才能最佳生长。

3. 从自然来源收集一些藻类，如池塘，沼泽，沼泽，游泳池或鸟浴。如果你找不到天然的来源，试试生物或科学的供应站。
4. 测量收集的藻类数量。
5. 将藻类引入光生物反应器。
6. 两周后测量藻类的生长情况。根据需要修改光生物反应器的设计，并着眼于提高藻类产量。

术语:光合作用;藻类;二氧化碳;淡定;pH值;营养物质;Photobioreactor

引用:

• http://www.nytimes.com/2009/06/29/business/energy-environment/29biofuel.html
• http://www.sciencedaily.com/releases/2008/08/080818184434.htm
• http://www.pbs.org/wgbh/nova/tech/algae-biodiesel.html
• http://peswiki.com/index.php/Directory:Biodiesel_from_Algae_Oil
• http://pubs.ext.vt.edu/442/442-886/442-886.html
• http://www.growing-algae.com/algae-growing-conditions.html
• http://www.extension.org/pages/Algae_for_Biofuel_Production
• http://www.instructables.com/id/An-Algae-Bioreactor-from-Recycled-Water-Bottles/
• http://www.cosee-ne.net/resources/documents/AffectofCarbonDioxideonAlgaeGrowth2.pdf
• http://www.algaeindustrymagazine.com/tag/algae-bioreactors/藻类生物反应器项目赢得全国K-12学校科学竞赛
• http://www.newscientist.com/blog/invention/2008/02/sunny-bioreactor.html
• http://www.wipo.int/pctdb/en/ia.jsp?IA=US2007068618