ガラスまたはポリマー製の管は垂直または水平に配置されています。 ほとんどの場合、ポンプにより藻類の培養物が管状系を通過することを可能にし、その後、培養物がタンクによって回収され、再び管状系にリサイクルされます。 管状 PBR は、プロセス、収量、品質を考慮して、信頼性の高い生産計画を可能にします。 さらに、利用可能な床面積と利用可能な光放射を完璧に使用できるため、特に生産性が高くなります。 また、洗浄も比較的簡単です。

このシステムは、ガラスまたはポリマー製のプレートを使用します。 プレートは、垂直にまたは水平に配置され、その間には藻類培養の薄い層が置かれています。 このシステムは良好な照明条件を提供します。 しかしながら、このシステムは、特にポリマープレートを使用した場合、加熱の問題や過剰なバイオフィルムの発生しやすさに悩まされることがあります。 これらのバイオフィルムは、作業がしづらく、洗浄が困難である。

PVC または PE 製のビニール袋を特殊ホルダーシステムに固定し、培養浮遊物を遮断します。 投資コストは低くても、強力なバイオフィルム形成とそれに続く袋の頻繁な交換により、集中的な労力が必要となり、多くの廃棄物が発生します。

DHA、アスタキサンチン、スピルリナなどの末端藻類製品をコスト効率よく製造し、高品質なバイオマスを製造できる唯一のシステムであるため、密閉型の管状光バイオリアクターはラボや製造規模で使用されています。 栄養補助食品の藻類は、最終製品の品質を高める高度な純度と生産性を必要とするため、閉鎖型システムで培養すること最良です。 さらに、ガラスは容器として食品グレードレベルで製造できることを保証しています。

理解を深めるために： 表は、「非常に良好」 (++) から「非常に悪い」 (--) まで、代替案が重要な評価基準に関してどの程度良好または不十分であるかを示しています。

ポリマーの種類としてのポリエチレンは、一般的に、プラスチックバッグでの藻類の培養に使用されています。 PE のバッグは、特に調達のコスト効率が優れています。。 ただし、一般的には、遅くとも ワンシーズン、または 1年後に交換する必要があります。 これは、藻類に覆われやすく、洗浄能力が低いためです。 交換は材料費や手作業による多くの労働に関連しているため、高価になります。

ポリ塩化ビニルは、通常、フラットパネルと管状反応容槽に使用されます。 これらのシステムの所定量での調達コストは、ガラスで作られたシステムよりも安価です。 PVC は光スペクトル全体を透過できないため、これらのシステムにおける藻の培養は他の材料と比較して生産性が低くなります。 さらに、ポリ塩化ビニルは紫外線下で急速に劣化し、屋外で 2～4年毎に使用された後には交換が必要です。

管状反応槽の製造におけるプラスチックの代替は、ポリメチルメタクリレート (PMMA またはパースペックス ) の使用です。 PVC と比較して、 PMMA は光スペクトル全体を透過し、ほとんど劣化しないという利点があります。 太陽光下での PMMA の寿命は約 10 年です。 しかし、同じ容量の PMMA 反応槽は50 年も使えるガラス製反応槽よりもコストがかかります。 さらに、バイオフィルム形成の問題は、PMMAなどのプラスチックでもよく見られます。

一般的に、プラスチック製のフォトバイオリアクターが同じ効率で確実に生産されるようにするには、運用中にプラスチック部材を比較的頻繁に交換する必要があります。 リアクターの稼働時間が長くなると、総所有コストが悪くなります。 さらに、一部のポリマー種は藻類溶液に物質を放出し、食品グレードでの藻類の培養が不可能になります。

管状 PBR は、そのほとんどがホウケイ酸ガラスでできています。 このガラスには、他のポリマー製品に比べて多くの利点があります。 これにより、光スペクトル全体がガラス管内の藻類に到達できます。 紫外線、化学薬品、塩水に対する耐性を備えています。 このため、ホウケイ酸ガラス管は、納品から 50年後も高い生産性を発揮します。 また、バイオフィルムの形成にあまり影響されません。 こういったことが起きた場合でも、簡単に清掃できます。

ホウケイ酸ガラスの利点：

光透過率

• 優れた光透過性

• ソラリゼーションまたは焼き付き効果なし

• UV 保護添加剤やコーティングが不要で、材料特性を確保

• ホウケイ酸ガラスの寿命 > 50年

防火

• ガラスは燃えたり、有毒な煙を発生しません

浸出

• ガラスは化学的に高い耐性を持つ材料です。 プラスチックでは、ポリマーの種類に応じて、ビスフェノール分子などの危険物質のモノマーまたはオリゴマーを藻類の培養物に浸出させてしまいます。

クリーニング

• 機械的安定性により、ポリマーペレットを使用した連続インライン洗浄が可能

• 化学的安定性により、定置洗浄 (CIP) が可能

• 良質のポリマーと比較して材料およびメンテナンスコストが低い

熱安定性

• 管状のみ： 熱膨張が低いため、拡張ループが不要です。

• 例：長さ5.5 mのチューブで温度上昇が20 °C/ 36 °F の場合、ホウケイ酸ガラスの膨張率はわずか 0.36 mm/0.01'' です。一方、ポリマーの場合、タイプにもよりますが、3.3～8.8 mm/0.13''～0.35''も膨張します。

コスト削減

• ガラス管の耐用年数は 50年を超えます

• 管状のみ： 高い機械的安定性によるラック数の削減により、ガラス管のたるみなしに管の支点間距離を増やすことができます

• 例：PMMA 管と比較して 2 倍の距離

• 管状のみ： 長い5.5 mガラス管による接続数の削減

たるみ ( ガラス管のみ )

• ポリマー管とは対照的に、ガラス管の恒久的な変形なし

• システムを空にする際にガラス管に水滴が残らない

理解を深めるために： 表は、「非常に良好」 (++) から「非常に悪い」 (--) まで、代替案が重要な評価基準に関してどの程度良好または不十分であるかを示しています。

PBR 用ガラス管は、長年にわたって藻類を生産的に培養できるように、多くの環境的影響と洗浄プロセスに耐える必要があります。 このため、SCHOTTはホウケイ酸ガラスを使用しています。 このガラスタイプは、

1. 紫外線に対する安定性： 何十年にもわたり太陽光放射や紫外線にさらされても、ガラスの光透過率はほぼ一定です。

2. 化学的安定性: したがって、ガラス管はさまざまな化学溶液を使用して洗浄、消毒し、反応槽内のバイオ付着物を除去できます。

3. 耐塩性： これは、塩水藻の培養を計画する際に   特に重要です。

ホウケイ酸ガラスに関するファクトシートで、ホウケイ酸ガラスの物理的特性と化学的特性をご覧ください。 ホウケイ酸ガラスのデータシートをダウンロードしてください。

PBRにガラス管を選択する場合、重要なのはガラスタイプだけではありません。 同様に、ガラスの製造方法、ガラス管の加工方法、システム全体の設計も重要です。 そのため、高い生産性と優れたコスト効果の計算を備えたハイエンドガラスコンポーネントは、低品質のものとは異なります。

このトピック について詳しくはこちらへ： ハイエンドガラスコンポーネントをPBRに使用することで、藻類の培養をより経済的に実現可能にする方法

理解を深めるために： 表は、「非常に良好」 (++) から「非常に悪い」 (--) まで、代替案が重要な評価基準に関してどの程度良好または不十分であるかを示しています。