特表 2024-520381 光と熱の管理を特徴とする効率的なバイオマス栽培、ニアクロージャー自己複製システムによるバイオマスの有用材料・製造品への加工、栄養塩のリサイクル、細胞農業

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-24

(54)【発明の名称】光と熱の管理を特徴とする効率的なバイオマス栽培、ニアクロージャー自己複製システムによるバイオマスの有用材料・製造品への加工、栄養塩のリサイクル、細胞農業

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20240517BHJP

   A01G 33/00 20060101ALI20240517BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 E

A01G33/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023572224

(86)(22)【出願日】2022-05-19

(85)【翻訳文提出日】2024-01-22

(86)【国際出願番号】 US2022029929

(87)【国際公開番号】W WO2022246013

(87)【国際公開日】2022-11-24

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521175388

【氏名又は名称】ラバニ、エリ、マイケル

【氏名又は名称原語表記】ＲＡＢＡＮＩ， Ｅｌｉ， Ｍｉｃｈａｅｌ

【住所又は居所原語表記】２０９１９ Ａｂａｌａｒ Ｓｔｒｅｅｔ Ｗｏｏｄｌａｎｄ Ｈｉｌｌｓ， ＣＡ ９１３６４－４５０２ （ＵＳ）

(74)【代理人】

【識別番号】110002158

【氏名又は名称】弁理士法人上野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ラバニ，エリ，マイケル

【テーマコード（参考）】

2B026

4B029

【Ｆターム（参考）】

2B026AA05

4B029AA02

4B029BB04

4B029CC02

4B029GB10

(57)【要約】

本発明は、光合成生物の効率的な栽培システム、そのバイオマスを有用な材料に加工する方法及び手段、および前記有用な材料から望ましい製品を製造すること、本発明のサブシステムを含むことを提供します。改善点には、日光エネルギーの効率的な利用のための光管理、海洋熱エネルギー変換および／または放射冷却を通じて低品位廃熱の利用のための熱管理、海洋での運用に伴う廃熱が海面温度上昇に寄与しないようにするための管理とその緩和、ロール・トゥ・ロール製造法の改良による機能性フィルム製造のための改良された方法、ロール・トゥ・スクロール製造法、バイオシリカを含むバイオマスの加工によるシリコンカーバイドおよびシリコンナイトライドナノ粒子の生成と焼結、および一次生産者の栽培と培養肉生産または望ましいバイオプロダクトの代謝工学的生産のための従属栽培細胞の二次栽培の統合が含まれる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

栄養強化を伴う大型藻類の開放培養のためのシステムであって、得られたバイオマスを、微細藻類、植物プランクトン、ナノプランクトンまたはシアノバクテリアの培養のための閉鎖型フォトバイオリアクターの構築のための材料に処理するためのシステムであって、従属栄養細胞または従属栄養生物の培養のためのサブシステムを含む。

【請求項2】

太陽を追跡するヘリオスタットを備えるシステムであって、紫外線を紫外線受光器に反射し（化学線紫外線を利用するナノ加工サブシステムに前記紫外線を導くため）、可視光および赤外線を透過させるための第１のポリマーナノ複合フィルムを含む光学アセンブリを照準するシステムであって、炭化ケイ素などの耐熱材料で構成される熱エンジンの受光器に赤外線を反射し、栽培領域またはフォトバイオリアクターまたは光を分配するための集光手段に可視放射線を透過する第２のポリマーナノ複合フィルムに通過する。栽培ボリュームで。

【請求項3】

シアノバクテリア、紫色光合成細菌、微細藻類、および／または植物プランクトンがフィルター、膜または支持シートなどの支持体上のフィルムとして培養される、取り付けられたフォトバイオリアクターを照明する、請求項２に記載のヘリオスタットおよび光学アセンブリ。

【請求項4】

シアノバクテリア、紫色光合成細菌、微細藻類、および／または植物プランクトンからなる群から選択される少なくとも第１の生物と、第２の生物が、異なる支持体上のフィルムとして、または支持体上の別個の領域で培養される、請求項３に記載のヘリオスタットおよび光学アセンブリ。例えば、前記第１の生物と前記第２の生物は混合しない。

【請求項5】

少なくとも１つの独立栄養生物が、従属栄養的または混合栄養的に成長する第３の生物と共培養される、請求項２、３または４のいずれかに記載のヘリオスタットおよび光学アセンブリおよび取り付けられたフォトバイオリアクター。第２の生物体は、必要に応じて、窒素固定細菌、またはビタミンＢ₁₂もしくは別の栄養素を合成する生物体である。

【請求項6】

光合成生物を培養するための培養容積またはフォトバイオリアクターと、培養容積または前記フォトバイオリアクターを放射冷却するための手段とを含むシステム。

【請求項7】

光合成生物を培養するための培養容積またはフォトバイオリアクターと、ＯＴＥＣサブシステムにおける低級熱を利用することを含む、培養容積または前記フォトバイオリアクターを冷却するための手段とを備えたシステムであって、前記システムは、前記ＯＴＥＣサブシステムで生成されたエネルギーを利用する、システム。

【請求項8】

光合成生物を培養するための培養容積またはフォトバイオリアクター内で前記生物を増殖させることと、培養容積または前記フォトバイオリアクターを放射冷却するための手段とを含む、生物を培養する方法。

【請求項9】

光合成生物またはフォトバイオリアクターを培養するための培養容積内で第１の生物セットを増殖させることと、前記第１の生物セットからのバイオマスまたはバイオマスに由来する材料上で少なくとも第２の生物を培養することとを含み、入射光を分離することを含む、生物を栽培する方法。少なくとも2つの精力的なバンド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連アプリケーション：
本発明者により２００８年８月１１日に出願された米国仮出願第６１／１８８７２６号に開示された内容をさらに発展させて適用する。本発明者による米国特許第61/852,324号、2013年3月15日に出願、出願番号14/217473、2014年3月17日に送信（2014年3月18日承認）、仮出願の利益を主張する本発明者による出願番号12/807,708本願発明者により２００９年９月９日に提出された出願第６１／２７６２２０号、２００９年８月１１日に郵送された出願第１２／４６２９５０号、本発明者により２０１８年９月１０日に提出された仮出願第６２／７２８，９５３号、および仮出願第６２号/728,968、2018年9月10日に提出、米国国内段階出願第17/287,987号、2021年4月22日に提出され、PCT/US19/057505、現在はWO/2020/08632の利益を主張し、暫定特許の利益を主張２０１９年１０月２２日に出願された出願第６２／７４９，１１７号は、すべて本発明者によって出願されており、さらに新しい材料が追加されている。前述の内容はすべて、参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

本発明は、ナノテクノロジー、自己複製システム、化学、生化学、医療機器、情報処理およびエレクトロニクス、電気機械機器、太陽エネルギー、風力エネルギー、材料加工、製造、マイクロおよびナノ流体工学、組立およびロボット工学の分野に関するもので、バイオマスを培養して海洋からの周囲の二酸化炭素除去を効果的に行い、海洋酸性化を逆転させ、捕獲した炭素を建築用材料やインフラ用材料などの有用材料に変換します。

【図面の簡単な説明】

【0003】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【発明を実施するための形態】

【0004】

本発明は、光合成生物の効率的な培養のための強化されたシステム、そのバイオマスを有用な材料に処理するための方法および手段、ならびに本発明のサブシステムを含む、前記有用な材料から所望の物品を製造するための方法および手段を提供します。

【0005】

最も簡単には、太陽光のような光は、透明な表面または窓を介して光バイオリアクターに入射してもよい。より好ましくは、光管理サブシステムは、ヘリオスタットまたは太陽追尾手段と、波長の範囲または光周波数の帯域を少なくとも2つまたはより好ましくは3つ以上の帯域に分離する手段（周波数帯域には、赤外放射[近赤外および赤外放射にさらに細分化されてもよい]、光合成活性放射[PAR、特定のクロロフィル、色素またはそれらが励起する集光アンテナに従ってさらに細分化されてもよい]、および紫外[UV]放射が含まれる）とを含んでもよい。

【0006】

光管理には、凸レンズ、スーパーレンズ、フレネルレンズなど、入射光束を空間的に集光する手段を含むことが好ましい。また、全反射を利用した凹面鏡（パラボラミラーなど）やウェッジオプティクスを使用して入射光を集光してもよい。光集中手段は、入射光の異なる部分から得られる光を異なる光路に沿って異なる目的地に導くために、光を処理したり、光学ギャラリーを介して流したりすることを可能にします。光分離手段は、プリズムまたはそのフレネル等価物、グレーティング（例えば、複製光学法により製造されるブレーズドグレーティング、または適切な間隔を有するフレーム内に張力をかけたワイヤまたはファイバを配置することにより製造されるワイヤグレーティング）、スーパープリズム（例えば、メタマテリアルまたはフォトニック結晶）、またはナノコンポジットフィルム（例えば、多層薄膜光学系）で構成されてもよい。多層誘電体フィルム（例えば[DruT08]）は、ホットミラーまたはコールドミラーとして機能するように設計することができます。

【0007】

例えば、可視光線に対して透明なフィルムを赤外放射を反射するように変更した場合、赤外放射は熱機関または熱貯蔵器の受光器に向けられ、光合成活性放射は光バイオリアクターまたはその光入力開口部、またはその受光手段に向けられます。

【0008】

光は、光ファイバーやスラブ光学系などの光路や導波路に沿って所望の目的地に導かれます。赤外線放射は、熱処理サブシステム（例えば、熱分解、蒸留、水熱分解、湿式熱分解、熱分解、乾式熱分解、乾留、熱分解処理、焼結、共晶融合など）および／または機械的エネルギーの供給または発電機の駆動のための熱機関に誘導されてもよく、赤外線はまた、またはその代わりに、放射冷却手段を通じて再放出するための放射冷却手段に誘導されてもよく、好ましくは空間に再放出される熱に誘導されてもよい。PARは、光バイオリアクター、温室または栽培エリアに供給されてもよい。UVは、光重合開始剤を活性化するため、または材料を表面に架橋させるため、表面を活性化するため、またはポリマーのグラフト化、材料の結合、光異性化、光重合などの光化学反応を活性化するためなど、光放射として使用するために、製造システムに供給されてもよい。

【0009】

焼結は、いくつかの高温処理操作の手段として使用するための成形品および構造体を製造するために使用されます。酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素および窒化ケイ素が好ましい材料であり、これらは海水、堆積物またはバイオマス由来の投入物から本発明のサブシステムによってナノ粒子として製造されてもよい。

【0010】

フォトニック結晶、メタマテリアル、スーパープリズム、およびスーパーレンズは、好ましくは0.5波長より薄く、より好ましくは0.25波長より薄い薄い領域を有するフィルム（例えば、ロール・ツー・ロール処理手段、または所望のレリーフと相補的なレリーフからなるマスターロールまたはマスターベルトへのフィルムキャストによって作製される）にエンボス加工または成形されたレリーフ構造からなるフィルムを積層および接合することによって形成されてもよい。

【0011】

バイオマスは様々な方法で処理してもよい。最も好ましくは、最初に懸濁液、海藻・昆布組織、または濾液として得られた場合、まず脱水（例えば、水の蒸留または減圧蒸留によって。次いで、洗浄剤および加水分解酵素（リゾチーム、セルラーゼおよび／またはキチナーゼ、ただし、それぞれの基質がポリマーとして所望される場合を除く）を用いた溶解、または溶解酵素を発現する溶解性ウイルスまたはバクテリオファージまたはファージミドによる感染による溶解、および／または超音波（超音波周波数（共振するように設計されている）で駆動されるMEMSキャパシタ機械発振器を介する）を用いてバイオマス成分を遊離させること。

【0012】

バイオマスを脱水し、焙焼またはガス化してバイオ炭を製造してもよい。好ましくは、700℃以上、より好ましくは800℃以上の高温で実施するか、または高温工程を含むことで、多価芳香族炭化水素やハロカーボン（ダイオキシン類など）を回避／分解することができます。[Tomc20］。

【0013】

あるいは、バイオマスを嫌気性消化によって処理し、メタンと残留物を得て、そこから栄養素を再利用してもよい。このようにして得られたメタンは、好ましくは1250K以上の温度で熱分解し、H2、固体の炭素を得るなど、供給原料として使用してもよい。炭素への熱分解は、炭素触媒への析出により、触媒を使用せずに高温で実施してもよい。適切な炭素触媒としては、バイオ炭、カーボンブラック、ガラス状炭素、カーボンナノチューブ、グラファイト状炭素など。[Mar21]ここで、この熱分解は、炭化ケイ素または窒化ケイ素の焼結体からなる容器中で行われることが好ましく、この容器はカーボンナノファイバーで強化されていることがより好ましい。

【0014】

バイオマス熱分解から得られる蒸留物から回収可能な化合物の中には、レゾルシノールなどのフェノール類があります。これらをホルムアルデヒドと反応させて、ノボラックのようなフェノール-ホルムアルデヒド樹脂オリゴマーを形成してもよい。これらは、[Sch97]で教示されているように、エラストマーレリーフ型で成形し、架橋した後、熱分解してガラス状カーボンにすることができ、電極や強力な高温材料として、また他の材料をエンボスするためのレリーフ構造として有用です。フェノール-ホルムアルデヒド樹脂から熱分解すると、構造体は等方的に収縮するため、より小さな空間的特徴や解像度が得られます。グラッシーカーボンレリーフ構造体は、ポリマーフィルムをエンボス加工したり、溶融ポリマーまたは液体ポリマー前駆体、特にエラストマー材料、特にマイクロ流体またはナノ流体デバイス、複製光学、フォトニック結晶、メタマテリアルから相補的なレリーフを鋳造するために本発明で使用してもよい。最も好ましくは、ガラス状炭素レリーフ二次マスターは、ガラス状炭素製品がローラー表面に合わせて湾曲するように、ローラー表面上に堆積されることによってわずかに湾曲しながら熱分解され（このような複数の物品がローラー表面上にタイル状に配置され、その後、タイル状に配置された製造ローラーに高密度に移送され、貼り付けられる）、それによって、ロールツーロール製造での使用に適しています。

【0015】

ロール・ツー・ロールで製造された紡糸口金からの中空糸と膜、および中空糸膜の細胞農業への応用：

【0016】

マイクロまたはナノ流体デバイスの中で有用なものは、繊維のエレクトロスピニングまたは湿式紡糸用のノズル、特に中空繊維、特に多孔性中空繊維の湿式紡糸用の複合ノズルです。これらのノズルはガラス状炭素で構成され、図1に示すような複合レリーフの並置に面して構成されるのが好ましい。中空多孔質繊維の有用な材料としては、セルロース、ヘミセルロース、キチン、キトサン、アルギン酸などがあります。紡糸体は、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂などの樹脂をエラストマー金型を用いて、好ましくはロール・ツー・ロールの製造方法で成形し、成形したポリマーを熱分解して所望の構造を有するグラッシーカーボンを形成することにより作製してもよい。図1A-Eは、紡糸口金の部品構造。図1Aは、図1Bの小さい方の半筒の翼を収容するための幅広の溝を特徴とする翼付き半筒を示し、図1Bは翼付き小さい方の半筒を示し、図1．Cは、図1Bの半管の下面の部分平面図を示し；図1Dは、図1Aの半管を図1Bの半管に組立てた組立て体からなる半スピナレットを示し、両者は、外ブロックの凹型半管の端部に組立てられます。図1Dのアセンブリは、同様のアセンブリと対面して並置され、中空繊維を湿式紡糸するための紡糸口を形成します。図1Eは、中空湿式紡糸繊維が紡糸口金から出る同心円状のオリフィスの端面図を示し、内側の非溶媒用のマイクロ/ナノキャピラリーまたはチューブオリフィスを110で示し、ポリマー溶液用のマイクロ/ナノキャピラリーまたはチューブオリフィスを120で示し、外側の非溶媒シース用のマイクロ/ナノキャピラリーまたはチューブオリフィスを130で示します。図1Fは、オリフィスが紡糸口金のオリフィスの位置と一致するように配置されたプレートを示しており、繊維紡糸前に紡糸口金に位置合わせされたこのようなプレートの組が、繊維がプレートのオリフィスと紡糸口金に通されるように、繊維紡糸開始後に引き離されることがあります。その結果、前記紡糸口金と前記プレートとの間に張力をかけることができる繊維の組織化されたアレイを特徴とするアセンブリ。同様の方法及び配置を、非中空繊維又はクラッド繊維のアレイ（例えば、中央むしろオリフィス110を通して流される同一又は異なるポリマー溶液又はゾル（例えば、ケイ酸塩ゲル又は金属酸化物ゲルを形成するための））の製造に適用してもよい。ファイバーアレイは、光（ワイヤー状）回折格子として使用するのに適したピッチで製造されてもよい。

【0017】

中空繊維、特に多孔性中空繊維は、紡糸口金（これは紡糸口金のアレイの一部である）に端部が保持された状態で、紡糸され、膜に形成されてもよく、繊維は、例えば、開口端が紡糸口金から遠位の境界にあるように、櫛でとかされて配向されることが好ましく、またはより好ましくは上記のようにアレイとして配向されることが好ましい。中空繊維が紡糸された後、内部細管は中空細管に流体を供給します。このようにして構築された膜は、細胞培養、特に細胞農業のための細胞の培養のための基質として使用してもよい。このようにして培養される細胞は、食肉を生産するための動物細胞（特に筋細胞）であってもよいし、真菌細胞であってもよいし、植物細胞、好ましくは農業に馴染みのある生物由来の細胞（あるいは幹細胞、プロトプラスト、胞子）であってもよい。中空繊維は、成長因子またはホルモン、栄養素および／または気体を送達し、気体を含む老廃物を輸送してもよい。成長因子の制御された送達は、成長した組織における過剰な成長因子またはホルモンの残留を回避することを容易にし、これは望ましくない可能性がある。同様に、植物の薄い細胞層に対しては、植物ホルモンは成長の初期には供給されるが、後には中止されてもよい。好ましくは、動物から採取された物質を実質的に含まない化学的に定義された増殖培地が、培養細胞を取り囲む培地および／または中空糸を循環させる培地として使用されます。本発明のこれらの実施形態の細胞農業のための栄養素は、本発明のバイオリアクターで培養されたバイオマスから得られ、その分画によって分離されてもよいし、栄養素のリサイクル中に回収されてもよい。あるいは、細胞は、非中空繊維膜（細胞接着分子および展着分子がグラフト化または結合されていてもよく、その上に細胞が前述の中空繊維膜と重ねられていてもよく、任意に中空繊維への細胞接着を防止するための材料を含むか、またはスペーサーを含み、それによって生産された組織に結合されるのではなく、再利用されてもよい）の基質上で培養されてもよい。細胞は一般に単層としてより速く増殖するので、組織培養のための細胞を、後に分解するか、所望の生成物特性を妨げない膜の上で単層として培養し、次いでこれらの層を積み重ねたり転がしたりして、特に積み重ねたり転がしたりする前に培地に接着分子（例えば動物細胞用のラミニン）を添加することにより、より厚い組織構造を達成する；多層としてよく増殖する細胞（例えば真菌や薄層植物細胞培養）も同様に、より厚い構造に積み重ねてもよい。

【0018】

アルベドと、光合成中の光エネルギーの熱化による海面水温上昇の防止または緩和：

【0019】

高濃度の光合成生物は海洋アルベドを増加させることができ、これは表面的には気候変動による海面上昇を緩和する望ましい効果です。しかし、光合成は（より深い海洋層への透過の代わりに）光層での熱化を伴い、海面温度を上昇させます。[Kah93]。

【0020】

現在の目的では、熱の再放射（放射冷却、特に複合フィルム、例えば[YiZ21]またはメタマテリアルに基づくアンテナを使用）によってこの影響を緩和するか、または図3に示すように、特に栄養塩の湧昇と同時に海洋温度差発電（OTEC）を使用してエネルギー生産のためにこれを緩和および利用することができます。より好ましくは、湧昇した海水からの栄養素は、イオン交換樹脂、キレート基を有するポリマー、またはリン酸塩については、高濃度のカルシウムを含む沈殿によって結合されます。

【0021】

米国特許第4,474,142号、同第4,311,012号および／または同第3,312,054号に教示されているようなOTECシステムを利用してもよいが、本発明に従って製造されるか、または本発明者により2021年4月22日に出願された米国国家段階出願第17/287,987号（参照により本明細書に組み込まれる）に教示されている材料から構築され、そこまたは本明細書に教示されているように製造および組み立てられることがより好ましい。本発明を使用する場合、熱伝達の前に、汲み上げられた冷水を断熱された一時的な容器または流路に流し、そこでその中の栄養素を結合マトリックスに吸着させるか、または沈殿させる（例えば、カルシウム濃度の増加によるリン酸塩の沈殿、鉄またはシデロフォアのような鉄キレートリガンドで誘導体化されたポリマーまたは繊維による鉄の捕捉。

【0022】

図2は、選択的イオン交換樹脂として使用するために、ポリマー骨格や繊維、またはポリマーマトリックスに結合したペンダント基として重炭酸塩を可逆的に結合させるのに適した分子の構造を示しています。プロトン化されたベンジル窒素の脱プロトン化により、重炭酸アニオンに対する結合エンタルピーが大幅に減少しました。この部位を有するポリマーまたは繊維は、重炭酸塩を結合するために海水にさらされ、光合成中の二酸化炭素の水和反応の逆転によりアルカリ化された成長培地に移され、それによりプロトンが消費され、結合平衡が結合した重炭酸塩の放出にシフトします。この結果、重炭酸塩とプロトンが選択的に外部海水から閉鎖型光バイオリアクターに輸送されます。

【0023】

図3は、光合成微生物の培養のためのシステムのブロック図であり、栄養塩の湧出、得られたバイオマスの処理、および栄養塩の回収／リサイクルを同時に行うOTECを含む光管理および熱管理を特徴としています。

【0024】

図4は、ロールツースクロール製造におけるスクロールの、ローラー軸に垂直な断面を示しています。第一のフィルム410は、第二のフィルム420と共にローラ400の上にロール状に巻かれ、このローラ400に両フィルムの端部が圧力クランプ430によって任意にクランプされます。この構成では、従来のロールツーロール製造ラインの限られた時間およびローラーまたは他の構成要素間の限られた接触領域のみと比較して、これらのフィルムの製造または加工または修正が行われる間、対向するフィルム410および420の全領域が長時間にわたって密接に接触していてもよい。スクロールに投入されるフィルムは、単純な単層フィルム、複合フィルム、またはこれらのいずれかがバッキングフィルム上に配置されたものであってもよい。バッキングフィルムは、フィルムのどの面を接触または修正するかを制限してもよい。あるいは、1つのバッキングフィルムが、第2のバッキングフィルム上に位置するフィルムを改質するためのレリーフ構造を含んでいてもよく、この第2のバッキングフィルムは、任意にさらに、前記第1のフィルムの表面構造を改質するためのレリーフ構造を同様に含んでいてもよく、あるいは、前記第2のバッキングが、前記第1のフィルムの光放射による照明を引き起こすための、例えば、その中の化学化合物またはポリマー化合物の重合または架橋を引き起こすための、紫外線発光ダイオードまたはエレクトロルミネッセントデバイスなどの活性デバイス素子を含んでいてもよい。さらに別の選択肢では、1つまたは複数のバッキングフィルムが、全内部反射のために照射された光放射線のための導波路を形成してもよく、この場合、接触されるフィルムは、前記バッキングフィルム導波路の表面からおよそ1波長未満の範囲内でのみ光放射線の近接場透過を介して改質される。

【0025】

マクロ藻類への栄養供給を高め、成長率を向上させるためのマクロ藻類の深度循環：

【0026】

最近、Navareteら[Nav21]は、深度循環によって栄養塩の制限が緩和され、大型藻類がより速く成長できることを示し、生物生産速度が4倍向上することを発見しました。マクロ藻類はロープやフレームで育成され、夜間に栄養塩が豊富な水深まで下げられることで、生物生産速度が効果的に向上するのです。この効果がスケールアップすれば、大藻（ジャイアントケルプMacrocystis pyrifera）は、秋から冬にかけてのこの生物の成長速度の他の推定値（放牧が生物生産性を著しく制限しない時期）に基づいて、推定0.069kg/d.m2、現在の目的に有用な生物生産性の範囲に十分に入ることになります。深度循環式ロープとフレームは、天候による危険を避けるために降下することも可能。

【0027】

湧昇の促進や深海からの栄養塩の取り込み（波エネルギーによる汲み上げや海洋温度差発電の同時実施など）も、同様に栄養塩の制限を減らすことができます。

【0028】

コンブやサルガモを含むがこれに限定されない大型藻類の開放養殖は、栄養塩類の増加（例えば流出）による富栄養化の影響を受ける地域で、局所的な緩和のために実施することができ、得られたバイオマスから回収された栄養塩類は、外洋に位置する養殖システムに輸送されるか、または肥料の改良材として処理されます。

【0029】

養分レベルを自由に調整できる閉鎖系では、これと同じ生物を栽培することができますが、この場合、成長速度をさらに高めるために、（陸上植物の温室のように）炭酸塩やCO2のレベルを高めることもできます。その場合、放牧がなくなるので、栽培は2シーズンよりも長く行われる可能性があります。

【0030】

炭化ケイ素または窒化ケイ素ナノ粒子およびそれからの成形品の調製：

【0031】

珪藻（Thalassiosira pseudonanaなど）を閉鎖型光バイオリアクターで増殖させ、収穫し、脱水カーボンブラック（好ましくは、スピルリナまたは光合成ピコプランクトンなどの微細藻類の熱分解から得られたもので、同じく閉鎖型光バイオリアクターで増殖させたもの）を、前記珪藻によって生成されるシリカの量を炭水化物的に還元するのに有効な比率で配合します（単純な実験により、この比率を最適化することができます）。窒化ケイ素の製造には、尿素またはアンモニアを化学量論的に添加してもよい。珪藻ではなく珪藻土に適用される方法の教示を同様に適用してもよい。粒子は、[Gan16]で教示されているように鋳造され、平滑で耐熱性・耐酸化性のセラミック成形品を製造するために焼結されます。鋳造は、3Dプリンターによる鋳型を含むプラスチック鋳型で行ってもよい。

【0032】

フィルム、光学部品のロール・ツー・ロールおよびロール・ツー・スクロール製造：

【0033】

光学的に透明な材料、例えばポリスチレンまたは環状オレフィンコポリマーのフィルムを鋳造するため、またはエンボス加工するために、線の罫線格子、好ましくは正方形または長方形のプロファイルのマスター（例えばグラッシーカーボン）を使用します。ポリマー溶融物からロール・ツー・ロール装置のロール上に位置するマスター上にキャストする、または溶融物を前記マスター上にスロット押出し、エンボス加工した後、完全に硬化させ、冷却し、同様に同時に製造されたグレーティングフィルムと積層し、接触した表面の少なくとも一方を前記ポリマーの溶媒の蒸気に最初にさらし、2つのフィルムを一緒にスクロールさせる方法。ヘキサンを使用して層をマイクロ流体デバイスに融合する環状オレフィンコポリマーについて[Kel16]に記載されている融合操作が達成されますが、限られた寸法のプレス機でゆっくりと連続的にではなく、フィルムの全ロールを一度に結合させることができます。本発明の光管理に有用なスーパープリズムとして有用なフォトニック結晶は、このプロセスの繰り返しにより、例えば16層以上の結晶を作製してもよく、その厚さはわずか数ミクロンであってもよい。昇圧を伴う操作は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、本発明者によるPCT/US2019/057,505で作製されるようなカーボンナノファイバーで強化された材料で構成される容器内で実施されます。

【0034】

例I：微細藻類、植物プランクトン、ナノプランクトンまたはシアノバクテリアの培養のための閉鎖型光バイオリアクターの構築のための材料への得られたバイオマスの処理。

【0035】

例II：太陽を追尾するヘリオスタットは、紫外線を紫外線レシーバーに反射させ（前記紫外線を光紫外線を利用するナノ加工サブシステムに導くため）、可視光線と赤外線を透過させるための第一のポリマーナノコンポジットフィルムを含む光学アセンブリを目的としています、赤外線を反射して炭化ケイ素などの耐熱性材料からなる熱機関の受光器に導き、可視光線を培養領域、光バイオリアクター、または培養容積内に光を分配するための集光手段に導くための第二のポリマーナノコンポジットフィルムと

【0036】

実施例III：シアノバクテリア、紫色光合成細菌、微細藻類、または植物プランクトンがフィルター、膜、または支持シートなどの支持体上のフィルムとして培養される、付属の光バイオリアクターを照らす実施例IIのヘリオスタットと光学アセンブリ。

【0037】

実施例IV：シアノバクテリア、紫色光合成細菌、微細藻類、およびまたは植物プランクトンからなる群から選択される少なくとも第1の生物と、第2の生物とが、異なる支持体上のフィルムとして、または前記第1の生物と前記第2の生物とが接触しないような支持体上の個別の領域で培養される、実施例IIIのヘリオスタットおよび光学アセンブリ。

【0038】

例V．実施例II、IIIまたはIVに記載のヘリオスタットおよび光学アセンブリならびに付属の光バイオリアクターであって、少なくとも1つの独立栄養生物は、従属栄養的にまたは混合栄養的に成長する第3の生物と共培養され、前記第2の器官は、任意に、窒素固定細菌またはビタミンB12または別の栄養素を合成する生物である、ヘリオスタットおよび光学アセンブリならびに付属の光バイオリアクター。

【0039】

例VI．光合成生物を培養するための培養容積または光バイオリアクターと、前記培養容積または前記光バイオリアクターの放射冷却手段とを含むシステム。

【0040】

実施例VII：光合成生物を培養するための培養容積または光バイオリアクターと、OTECサブシステムにおいて低品位熱を利用することからなる、培養容積または前記光バイオリアクターの冷却手段とを含むシステムであって、前記システムは、前記OTECサブシステムにおいて生成されたエネルギーを利用する、システム。

【0041】

参考文献
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【0042】

すべての引用およびその中の教示は、参照により本明細書に組み込まれます。詳細な特定の実施形態および実施例は、限定ではなく説明のために記載されています。添付の特許請求の範囲は、関連技術分野において現在知られていないものであって、これらが作動的に置換され得るものを含む、あらゆる均等物を包含するものと理解される。本発明は、添付の特許請求の範囲の幅によってのみ制限されます。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】