SBIR Phase II: Large Scale Cultivation of Phytoplankton via Novel Photo-Bioreactor Technology

SBIR 第二阶段:通过新型光生物反应器技术大规模培养浮游植物

基本信息

  • 批准号:
    1660227
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 74.79万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-04-01 至 2024-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research (SBIR) Phase II project is to provide a sustainable, low-cost, and replicable method for large-scale production of micro-algal biomass. Microalgae production is a form of aquaculture capable of producing valuable products including: Nutraceuticals, specialty chemicals, pharmaceuticals, feed for finfish, shellfish, and livestock, as well as food for human consumption. Moreover, microalgae can be used as a feedstock for biofuels while simultaneously removing CO2 from the environment. However, for the nascent algae cultivation industry to achieve its full commercial potential, the technology must be improved. While typical algal cultivation relies on high-density cell growth, this project will focus on the science of low-density algal cultivation to achieve high productivity, while minimizing process requirements for supplemental energy and concentrated CO2. In addition, the development of a closed-system photo-bioreactor with emphasis on low cost and modular design will allow the process to be easily replicated on a variety of lands with otherwise marginal value. As such, the system can become the basis for a robust aquaculture and biofuels industry, leading to greater economic development in marginal communities and a source of sustainable products for the growing world population. This SBIR Phase II project proposes to further optimize the design of the large-scale algal production system developed during the Phase I project to address key challenges in algae cultivation including frequent contamination, low productivity, and increased operating costs due to inefficient use of water and energy. Research activities will focus on four main objectives: 1) Finalize key design specifications for reactor geometry, materials of construction, and system components in order to maximize productivity and minimize capital costs; 2) optimize harvest apparatus design and biomass concentration procedure to further reduce water consumption; 3) develop a new media formulation to allow for stable pH control without the need for concentrated CO2; and 4) refine manufacturing of the reactor bladder to ensure sterility, durability, and product consistency. In addition to the basic algae cultivation techniques employed in Phase I, Phase II will make greater use of engineering /computational analyses to arrive at optimal designs. The target outcome of the project is a 120,000-L closed photo-bioreactor capable of sustaining H. pluvialis algae production rates of greater than 9 g/m2/d for a minimum of 4 months without detrimental contamination. In addition, the system will provide significant reductions in consumption of energy, water, and concentrated CO2.
这个小企业创新研究(SBIR)第二阶段项目的更广泛的影响/商业潜力是为微藻生物质的大规模生产提供可持续,低成本和可复制的方法。微藻生产是一种水产养殖形式,能够生产有价值的产品,包括:营养品,特种化学品,药品,鱼类,贝类和牲畜的饲料,以及人类消费的食物。 此外,微藻可以用作生物燃料的原料,同时从环境中去除二氧化碳。 然而,为了使新生的藻类养殖业充分发挥其商业潜力,必须改进技术。 虽然典型的藻类培养依赖于高密度细胞生长,但该项目将专注于低密度藻类培养的科学,以实现高生产率,同时最大限度地减少对补充能源和浓缩二氧化碳的工艺要求。 此外,开发一个封闭系统的光生物反应器,重点是低成本和模块化设计,将使该过程很容易在其他边际价值的各种土地上复制。因此,该系统可以成为一个强大的水产养殖和生物燃料产业的基础,从而促进边缘社区的经济发展,并为不断增长的世界人口提供可持续产品。SBIR第二阶段项目旨在进一步优化第一阶段项目开发的大型藻类生产系统的设计,以解决藻类养殖中的关键挑战,包括频繁污染,生产力低下以及由于水和能源使用效率低下而增加的运营成本。研究活动将集中在四个主要目标:1)最终确定反应器几何形状,结构材料和系统组件的关键设计规格,以最大限度地提高生产率并最大限度地降低资本成本; 2)优化收获装置设计和生物质浓缩程序,以进一步减少水的消耗; 3)开发新的培养基配方,以实现稳定的pH值控制,而无需浓缩CO2;以及4)改进反应器囊的制造以确保无菌性、耐久性和产品一致性。 除了第一阶段采用的基本藻类培养技术外,第二阶段将更多地利用工程/计算分析,以达到最佳设计。 该项目的目标成果是一个120,000-L的封闭式光生物反应器,能够维持H。雨生藻类生产率大于9克/平方米/天,至少4个月无有害污染。 此外,该系统将显著降低能源、水和浓缩二氧化碳的消耗。

项目成果

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