Спосіб виробництва олії з мікроводоростей

Реферат: Винахід належить до способу виробництва ліпідів (рослинних жирів) з мікроводоростей, що включає культивування мікроводоростей шляхом послідовного фотоавтотрофногогетеротрофного вирощування, де на гетеротрофному етапі до мікроводоростей додають цукровий підкорм, одержаний з відходів цукрового виробництва, наприклад меляси або жому, або інший підкорм, вибраний з відходів від оцукрювання фруктів, наприклад води після оцукрювання, де вміст цукру становить від 20 % до 60 % від маси. Винахід також належить до фабрики для виробництва ліпідів (рослинних жирів) з мікроводоростей, призначених для здійснення способу за даним винаходом. UA 115098 C2 (12) UA 115098 C2 UA 115098 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Область техніки, до якої належить винахід Даний винахід стосується способу одержання біомаси водоростей, призначеної для виробництва ліпідів (рослинних жирів) і/або речовин з високою доданою вартістю та високим ступенем обробки. Ліпіди, одержані за допомогою способу за даним винаходом, можуть бути використані для виробництва енергії (наприклад, при спалюванні) або для людського харчування (наприклад, в якості замінників пальмової олії), або в комбікормової промисловості в якості добавок. Речовини з високою доданою вартістю можуть бути використані, наприклад, в якості активних інгредієнтів у фармацевтичній промисловості або в якості харчових добавок. Попередній рівень техніки Сучасні електростанції використовують сировину, запаси якої зараз вичерпуються (наприклад, корисні копалини), і, крім того, її згоряння зумовлює виділення забруднюючих газів. З даних причин, в останні роки дослідження змістилися у бік розробки біопалив, одержаних з відновлюваних, екологічно чистіших джерел. Спочатку були розроблені технології виробництва біопалив (наприклад, біодизелю), на основі переробки продовольчих культур, таких, як олійні рослини (ріпак, соя і соняшник). Однак, так звані біопалива першого покоління зіткнулися з деякими обмеженнями з огляду на виробничі витрати і використання сільськогосподарських угідь, які віднімалися від виділених для вирощування продуктів, призначених для харчування. Крім того, якщо оцінити весь життєвий цикл палива за допомогою технологій АЕР (аналіз експлуатаційного ресурсу), виробництво біопалив першого покоління з джерел рослинної їжі в деяких випадках вимагає споживання енергії, яка буде вище, ніж вихід енергії, яку одержують від використання їх в якості джерела енергії. Згодом було зрушення убік технологій для виробництва так званих біопалив другого покоління, які використовують відходи і залишки лісової та агро-харчової промисловості в якості основного джерела. Це послабило конфлікт з продовольчим сектором, але ці технології все ще характеризуються негативним енергетичним балансом. Крім того, такі технології ще не досягли повної промислової зрілості. Після розробки біопалив першого і другого покоління, в даний час відбувається перехід до технологій третього покоління, в тому числі тих, які використовують мікроводорості в якості сировини. Мікроводорості насправді характеризуються високою здатністю продукувати ліпіди (рослинні жири), насамперед, у заданих умовах росту і якщо обрані певні види. На додаток до високого вмісту ліпідів, водорості також можуть бути джерелами продуктів з високою доданою вартістю у контексті інтегрованого виробництва, спрямованого на надання стійкості основній технології для виробництва та вилучення олії для енергетичних цілей. Продукти з високою доданою вартістю, які можуть бути одержані з водоростей (паралельно до олії) - це омега-3, каротиноїди, вітаміни та інші антиоксидантні біохімічні продукти, які можуть бути реалізовані (з високою внутрішньою вартістю) у виробництві харчових добавок, фармацевтичній промисловості, косметичній промисловості і т.д. Крім того, після екстракції, біомаси водоростей можуть бути використані в землеробстві (наприклад, у якості корму для тварин) або в якості добрива. Ще однією великою перевагою вирощування мікроводоростей є те, що ця технологія не конкурує з виробництвом продуктів харчування або з наявністю сільськогосподарських угідь. Олія, одержана з мікроводоростей, може бути використана як така для виробництва енергії шляхом спалювання, або ж вона може бути перетворена на біодизель, наприклад, за допомогою процесу переетерифікації. Термін "водорості" включає макроводорості (їх також називають морськими водоростями) і мікроводорості, які є фотосинтезуючими мікроорганізмами з простою структурою, що здатні швидко зростати в різних умовах навколишнього середовища. Крім того, мікроводорості характеризуються високим вмістом ліпідів, що може коливатися, залежно від виду, у межах від 20 % до 70 %, і дає вихід видобутку олії, еквівалентний видобутку з олійних рослин. Звідси випливає, що кількість енергії, одержуваної від вирощування мікроводоростей, є вищою за ту, яку можна одержати з олійних рослин при їх рівній вазі. Крім того, як вже підкреслювалося вище, зі знежиреної біомаси, одержаної після відділення олії, можна одержати целюлозні фракції для виробництва інших енергопродуктів (таких як етанол та біогаз) або речовин з високою доданою вартістю, таких як вітаміни, каротиноїди і т.д. для фармацевтичної промисловості або виробництва БАД. Існують відомі фабрики для виробництва біодизельного палива з мікроводоростей, які містять агрегат для вирощування мікроводоростей, агрегат для виділення ліпідів або інших речовин з біомаси мікроводоростей та агрегат для перетворення ліпідів у біодизель, наприклад, шляхом процесів переетерифікації. 1 UA 115098 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Також відомі численні фабрики для вирощування мікроводоростей. Як правило, мікроводорості вирощують у присутності світла (фотоавтотрофний метод вирощування), у закритих реакторах або у ставках на відкритому повітрі в залежності від екологічної ситуації та видів мікроводоростей, які використовуються. Вирощування у ставках на відкритому повітрі вимагає дуже великих просторів, щоб мати можливість вмістити таку кількість мікроводоростей, яка забезпечить достатній видобуток олії. Простір, необхідний для культивуючих ставків, безсумнівно, є недоліком через те, що вирощування є можливим тільки в певних регіонах планети, де такі великі простори доступні в необхідних умовах навколишнього середовища. Крім того, вирощування на відкритому повітрі вимагає великих обсягів води, що залежить від атмосферних умов і можливого забруднення водоростевими патогенами. Мікроводорості можна вирощувати в закритих реакторах, освітлюваних штучним світлом, що дозволяє займати менше місця і уникнути недоліків через вплив атмосферних умов і можливих зовнішніх забруднень. Цей варіант фотоавтотрофного методу вирощування, безумовно, є вигідним з точки зору врожаю біомаси у порівнянні з вирощуванням у відкритому водоймищі, але все ще має деякі внутрішні обмеження стосовно врожайності. Такі обмеження представлені можливістю пропускати світло в умовах концентрації мікроводоростей, яка перевищує 1-3 г/л, відповідно до видів водоростей. Іншими словами, коли мікроводорості ростуть і досягають зазначеної концентрації, світло не може крізь них пройти і, таким чином, ріст затримується. Це виключає одержання економічно стійких виходів продукції. Недоліки фотоавтотрофного методу вирощування можуть бути подолані за допомогою гетеротрофного методу вирощування, який полягає на культивуванні мікроводоростей в умовах без освітлення (отже, в умовах стресу) і підживленні їх моносахаридами, які є джерелом енергії, в якості замінника світла, що дозволяє мікроводоростям розмножуватися. Гетеротрофний метод дозволяє подолати межі концентрації, одержуваної у результаті фотоавтотрофного методу, досягаючи навіть концентрацій у межах від 14 до 130 г/л мікроводоростей. Також відомо, що для подальшого збільшення продуктивності біомаси використовуються змішані фотоавтотрофно-гетеротрофні фабрики для вирощування мікроводоростей. Наприклад, у американському патенті US 7,905,930 описаний спосіб виробництва біодизеля з мікроводоростей, який може включати послідовне фотоавтотрофне і гетеротрофне вирощування мікроводоростей з можливим додаванням цукрового підкорму на гетеротрофному етапі. У цьому патенті, як фотоавтотрофна, так і гетеротрофна стадії вирощування відбуваються у відкритих водоймищах, які у разі необхідності накривають, як теплиці, в той час як використання біореакторів описано як занадто дороге. Таким чином, недоліки вирощування у водоймищах є очевидними: займається занадто великий простір, щоб цей спосіб був економічно ефективним, а також існує можливість забруднення зовнішніми агентами, які є потенційно смертельними для водоростей. Покриття водоймищ парниковими конструкціями, безумовно, не може забезпечити стерильність вирощування, що має важливе значення для індустріалізації процесу; тобто, це не може запобігти ситуації, коли захворювання водоростей блокують їх вироблення і викликають руйнівний економічний збиток. Крім того, двохстадійний фотоавтотрофно-гетеротрофний процес, описаний у американському патенті US 7,905,930, може передбачати підкорм мікроводоростей протягом гетеротрофної стадії джерелом цукру з крохмалистою, целюлозною, лігноцелюлозною або полісахаридною природою, що одержується з різних рослинних матеріалів, таких, як, наприклад, кукурудза, цукрова тростина, просо, залишки трави і дерева. Однак, всі ці рослинні джерела необхідно піддавати деполімеризації або гідролізу, щоб перетворити їх у моносахариди, перш ніж подавати їх в якості поживних речовин для мікроводоростей. Це, очевидно, тягне за собою витрати енергії, що знижує економічну ефективність виробництва енергії, навіть без урахування того, що доступність рослин для деполімеризації або гідролізу складних цукрів, таких як целюлоза або лігноцелюлоза, на моносахариди в даний час не є зручною з промислової точки зору. Таким чином, зрозуміло, що американський патент US 7,905,930 описує двохстадійний фотоавтотрофно-гетеротрофний процес, який навряд чи буде застосований в промислових масштабах будь-яким економічно ефективним чином у виробництві енергії. Даний винахід направлений на подолання недоліків змішаних фотоавтотрофногетеротрофних процесів вирощування з попереднього рівня техніки, які описані, наприклад, в американському патенті US 7,905,930, і пропонує новий спосіб вирощування мікроводоростей і фабрику для його здійснення. Суть винаходу 2 UA 115098 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід стосується способу виробництва ліпідів (рослинних жирів) з мікроводоростей, що включає культивування мікроводоростей за допомогою послідовного фотоавтотрофногетеротрофного вирощування, в якому на гетеротрофному етапі мікроводорості підживлюються шляхом введення цукрового підкорму, одержаного з відходів цукрового виробництва або одержаного з відходів харчової або кондитерської промисловості. Цукровий підкорм, одержаний з відходів цукрового виробництва, може, наприклад, бути представлений мелясою або жомом, одержаними у результаті переробки цукрової тростини або цукрового буряка. Цукровий підкорм, одержаний з відходів харчової або кондитерської промисловості, може, наприклад, бути представлений стічними водами, одержаними в результаті технологічного процесу оцукрювання фруктів, які мають вміст цукру (глюкози і/або сахарози) в діапазоні між 20 % і 60 %. Спосіб відповідно до даного винаходу може бути інтегрований зі способом виробництва цукра з цукрового буряка або цукрової тростини або з процесом виробництва у харчовій або кондитерській промисловості. Насправді, у способі відповідно до даного винаходу використовується залишковий продукт цукрового виробництва, меляса або жом, і/або підкорм, одержаний з відходів харчової або кондитерської промисловості, такий як, наприклад, стічні води від оцукрювання фруктів. Даний винахід також стосується фабрики для виробництва ліпідів (рослинних жирів) з мікроводоростей, яка включає щонайменше дві виробничі лінії, встановлені паралельно, кожна з яких містить: - перший етап, властивий для вищезазначених щонайменш двох виробничих ліній, так званий лабораторний етап або етап щеплення, що складається з щонайменш двох реакторів, у яких первісно культивуються мікроводорості; - другий так званий етап "розсадника", що складається з щонайменш трьох реакторів зі збільшеною ємністю, у яких мікроводорості вирощуються також в умовах штучного освітлення (фотоавтотрофне вирощування); - третій так званий етап ферментації, що складається з щонайменш п'яти реакторів зі збільшеною ємністю, у яких мікроводорості вирощуються в умовах без освітлення (гетеротрофне вирощування) з впровадженням меляси, при цьому реактори другого та третього етапу з'єднані один з одним з метою забезпечення переходу мікроводоростей з одного етапу до іншого. Фабрика за даним винаходом може також включати етап нижче по потоку від етапу ферментації, на якій ліпіди та інші речовини з доданою вартістю відокремлюються від біомаси водоростей. Фабрику за даним винаходом можна об'єднати з заводом цукрового виробництва, щоб таким чином зменшити витрати на транспортування відходів, наприклад, меляси, що використовується в якості джерела живлення для культивування мікроводоростей. Альтернативно, фабрику за даним винаходом можна об'єднати з заводом для оцукрювання фруктів в тому випадку, якщо стічні води після оцукрювання використовуються в якості підкорму. Ліпіди, одержані відповідно до способу за даним винаходом, можуть бути використані для вироблення енергії шляхом прямого спалювання ліпідів або ж перетворені на інші біопалива. Ліпіди, одержані відповідно до способу за даним винаходом, також можуть бути призначені для людського харчування в якості замінників, наприклад, пальмової олії. Даний винахід також стосується процесу виробництва речовин з доданою вартістю із мікроводоростей, культивованих відповідно до способу за даним винаходом, наприклад, вітамінів, білків, речовин з фармацевтичною активністю, а також речовин, які є корисними в якості харчових добавок. Прикладом речовини з доданою вартістю служить лютеїн, який може бути використаний в якості харчової добавки. Короткий опис креслень На Фіг. 1 представлене схематичне переважного втілення варіанту здійснення всього процесу згідно винаходу. На Фіг. 2 показаний переважний варіант здійснення фабрики за винаходом, де показані реактори, що використовуються на різних етапах способу. Докладний опис винаходу Як згадувалося вище, винахід стосується способу виробництва ліпідів (рослинних жирів) з мікроводоростей, що містить щонайменше наступні етапи: a) культивування мікроводоростей в умовах природного і/або штучного освітлення (фотоавтотрофне вирощування), а після цього в умовах без освітлення з додаванням цукрового прикорму, одержаного з обробки цукрової тростини або цукрового буряка, наприклад, меляси або жому, і/або цукрового прикорму, одержаного з відходів харчової або кондитерської промисловості, таких як, наприклад, стічні води з оцукрювання фруктів (гетеротрофне вирощування); 3 UA 115098 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 b) виділення ліпідів (рослинних жирів) з мікроводоростей. Мікроводорості, які переважно використовують у способі за даним винаходом, вибирають з наступних видів: зелені планктонні мікрововодорості Ботріококус браунії (Botryococcus B. (BCB)), одноклітинні зелені мікроводорості Хлорела вульгаріс (Chlorella vulgaris (CLV)), Nannochloropsis sp. (NCS), Nannochloris sp. (NNS), Haematococcus pluvialis (HAC), Chlorella Protothecoide (CLP). Вид водоростей, що переважно використовується для цілей даного винаходу - це Chlorella Protothecoide. Види водоростей, перераховані вище - це мікроводорості, здатні продукувати, насамперед в умовах стресу (наприклад, при відсутності світла), кількість ліпідів у межах від 20 % до 70 % від їх маси, переважно у межах від 30 % до 50 % від їх маси. Ці види водоростей також характеризуються хорошим темпом росту. На етапі фотоавтотрофного вирощування мікроводорості ростуть у водному середовищі з нормальним споживанням поживних речовин, наприклад, нітратів, під впливом освітлення. Коли мікроводорості досягають водоростевої концентрації (біомаса водоростей) у межах від 1 до 5 г/л, переважно у межах від 2 до 3 г/л, біомаса піддається наступному етапу гетеротрофного вирощування, оскільки такі концентрації представляють межу росту в умовах освітлення. За межами таких концентрацій світло більше не досягає біомаси водоростей дифузним способом і, таким чином, мікроводорості зупиняють свій зріст. Період росту мікроводоростей до досягнення максимальних концентрацій, зазначених вище, на фотоавтотрофному етапі становить від 2 до 7 днів. На етапі гетеротрофного вирощування (також звана стадією ферментації), біомаса водоростей позбавлена світла і, таким чином, піддається умовам стресу, в яких мікроводорості збільшують виробництво ліпідних речовин саме для того, щоб протистояти несприятливій екологічній ситуації. Для того, щоб сприяти зросту в цих умовах, які є сприятливими для збільшення виробництва ліпідів, мікроводорості підживлюються джерелом моносахаридів, отриманих з відходів цукрового виробництва. Серед них особливо корисною є меляса, тому що вона містить кількість моносахаридів у межах від 50 % до 70 % від маси. Меляса - це продукт цукрових відходів, отриманий в результаті переробки цукрової тростини або цукрових буряків та доступний у великих кількостях, і при низькій вартості, в країнах, де виробляється цукор, наприклад, в Бразилії, Індії, Китаї, Мексиці, Росії, Туреччині, Україні, Єгипті, на Кубі, і т.д. Меляса має ту перевагу, що не потребує проходження додаткової обробки перед тим, як вводити її у біомасу водоростей, оскільки сахариди, що містяться в ній, є моносахаридами. Зокрема, немає необхідності піддавати мелясу реакціям деградації або деполімеризації, як у випадку, наприклад, джерел вуглеводів, використовуваних в попередньому рівні техніки (американський патент US 7,905,930). Це є безсумнівною перевагою в плані індустріалізації процесу і з погляду економічної ефективності виробництва ліпідів, що видобуваються з біомаси водоростей. Перед подачею меляси у якості поживної речовини для мікроводоростей, вона переважно розбавляється водою, щоб довести концентрацію цукрів до позначки в межах від 20 % до 50 % від маси, переважно від 25 % до 35 % від маси. В якості альтернативи відходам, які утворюються у процесі цукрового виробництва, можна використовувати у якості цукрового прикорму відходи, що утворюються в харчовій або кондитерській промисловості, зокрема, вода з оцукрювання фруктів, яка має вміст цукру (сахарози і/або глюкози) у межах від 20 % до 60 % від маси. Операція розбавлення здійснюється для того, щоб надати мелясі та/або воді після оцукрювання достатньої текучості, щоб її можна було закачати у реактор, де відбувається гетеротрофне вирощування. Крім того, розбавлення також служить для контролю над оптимальними концентраціями моносахаридів на етапі ферментації, які становлять, наприклад, від 30 до 60 г/л, переважно від 40 до 50 г/л. Під час ферментації можна досягти концентрацій водоростевої біомаси до 130 г/л, переважно від 14 до 130 г/л. Виробництво водоростевої біомаси є переважно пропорційним кількості цукру, що подається, як правило, із співвідношенням 1:2. В умовах стресу на етапі ферментації, концентрація ліпідів у мікроводоростях зростає до значень у межах від 20 % до 70 % від маси, переважно від 30 % до 50 % від маси. Етап гетеротрофного вирощування триває протягом усього часу (від початку до кінця стадії), переважно від 10 до 20 днів. У переважному варіанті здійснення, спосіб за даним винаходом включає етап щеплення або лабораторний етап, що має місце перед етапом фотоавтотрофного вирощування. На етапі щеплення, зростання мікроводоростей починається з роботи з їх малими обсягами у водному середовищі, у присутності світла і з подачею необхідних поживних речовин, наприклад, нітратів. Тривалість даного етапу залежить від типу водоростей і може бути 4 UA 115098 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 підрахована як 30-60 днів. Кінцева концентрація водоростевої біомаси на даному етапі становить 0,05-0,2 г/л. Після закінчення етапу щеплення, водоростева біомаса піддається етапу фотоавтотрофного вирощування, як описано вище. Етап виділення ліпідів з водоростей може також необов'язково включати етап вилучення речовин високою доданою вартістю, таких як вітаміни, білки, каротиноїди, активні інгредієнти для фармацевтичної промисловості, активні інгредієнти, які будуть використовуватися в якості харчових добавок, і т.п. Переважним прикладом активного інгредієнта, який представляє інтерес для промисловості з виготовлення харчових добавок, що може бути вилучений з водоростевої біомаси, є лютеїн. Етап виділення ліпідів з водоростевої біомаси переважно включає етап усування надлишку води і стадію відділення олії від водоростевої біомаси, переважно за допомогою пресування, екстракції або іншими способами, відомими в даній галузі. Етап усування надлишку води може включати пресування біомаси (переважно за допомогою стрічкового пресу) і сушіння біомаси з метою подальшого усунення будь-якого залишку води. Після етапу відділення олії від водоростевої біомаси можна провести етап вилучення речовин з високою доданою вартістю, як зазначено вище. На Фігурі 1 показана блок-схема переважного варіанту здійснення фотоавтотрофно-гетеротрофного способу за даним винаходом. Спосіб за даним винаходом переважно є безперервним процесом, в якому, після первинного зростання мікроводоростей на етапі щеплення, коли біомаса досягає концентрації, що становить від 0,05 до 0,2 г/л, водоростева біомаса передається на етапі фотоавтотрофного вирощування. Потім водоростева біомаса проходить процес зростання в присутності світла і з обмеженим споживанням поживних речовин, наприклад, нітратів. Коли біомаса досягає концентрацій у межах від 1 до 5 г/л, переважно від 2 до 3 г/л, вона переходить на гетеротрофний етап. На гетеротрофному етапі зростання біомаси посилюється завдяки зменшенню освітлення і введення прикорму на основі цукру: меляси, одержаної з переробки цукрових буряків або цукрової тростини, або води від оцукрювання фруктів, одержаної з кондитерської промисловості. Мелясу і воду від оцукрювання фруктів розбавляють водою, яка була одержана на етапі пресування за допомогою стрічкового преса і/або на етапі сушіння. Перед тим, як вода проходить переробку і використовується повторно для розведення меляси, вона піддається очищенню і стерилізації. Після досягнення водоростевої концентрації від 14 до 130 г/л, водоростева біомаса подається на стрічковий прес для механічного пресування та видалення води і її переробки на початокпроцесу. Далі, залишок води вилучається на етапі сушіння біомаси, а конденсована пара далі переробляється на початку процесу Після усунення надлишку води біомаса піддається механічному пресуванню з метою одержання олії, призначеної для вищезазначених цілей використання. Потім біомасу, з якої вилучили олію, можна далі використати для видобутку речовин з високою доданою вартістю, таких як, наприклад, лютеїн, призначений для виготовлення харчових добавок. Водоростеву біомасу, з якої вилучили олію та речовини з високою доданою вартістю, можна використати, наприклад, для подальшого виробництва енергії, наприклад, шляхом прямого спалювання. Даний винахід також стосується фабрики для виробництва ліпідів з мікроводоростей, яка включає щонайменше дві виробничі лінії, встановлені паралельно, кожна з яких містить: перший етап, властивий для вищезазначених щонайменш двох виробничих ліній, так званий лабораторний етап або етап щеплення, що складається з щонайменш двох реакторів, у яких спочатку культивуються мікроводорості; другий так званий етап "розсадника", на якому мікроводорості вирощуються в умовах штучного освітлення (фотоавтотрофне вирощування), що складається з щонайменш трьох реакторів; та третій так званий етап ферментації, на якому мікроводорості вирощуються в умовах без освітлення (гетеротрофне вирощування) з впровадженням меляси, що складається з щонайменш п'яти реакторів, при цьому реактори другого та третього етапу з'єднані один з одним з метою забезпечення безперервного переходу мікроводоростей з одного етапу до іншого. Посилаючись на Фігуру 2, лабораторний етап переважно складається з послідовності 1 контейнерів, у яких починається зростання водоростей, після чого іде послідовність 2 реакторів, що мають збільшену ємність до 30 л. Дані реактори не під'єднанні до реакторів на етапі розсадника; таким чином, передача мікроводоростей з реакторів на лабораторному етапі в реактори на етапі розсадника відбувається шляхом переливання; це зроблено з метою 5 UA 115098 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 уникнення забруднення, яке б призвело до необхідності зупинити виробництво. Передача з реакторів зі збільшеною ємністю на лабораторному етапі в реактори на етапі розсадника відбувається, коли концентрація мікроводоростей у зазначених реакторах досягає 0,02-0,5 г/л. Лабораторний етап також властивий для щонайменш двох виробничих ліній, тобто він постачає сировину на щонайменш дві виробничі лінії, встановлені паралельно, кожна з яких має етап розсадника та етап ферментації, як описано вище. Вигідним є те, що кількість виробничих ліній може бути більша за дві, наприклад, десять, отже їх кількість можна збільшити відповідно до виробничих потреб фабрики. Таким чином, лабораторний етап може постачати сировину на дві або більше виробничих ліній. Також можна передбачити два або більше лабораторних етапів у випадку, якщо фабрика має особливо великі розміри, тобто якщо фабрика містить велику кількість виробничих ліній. Другий етап "розсадника" (де відбувається фотоавтотрофне вирощування) містить щонайменш три реактори (позначені разом на Фіг. 2 цифрою 3), що мають прогресивно збільшену ємність. Переважно, реактори після першого мають ємність, яка у два рази більша, ніж у попереднього реактора. Переважно, перший реактор 3а має ємність від 60 до 150 л. Другий реактор 3b має ємність переважно від 150 до 300 л. Третій реактор 3с має ємність від 300 до 600 л (як показано на Фігурі 2). Ці щонайменш три реактори з'єднані один з одним, що, таким чином, забезпечує передачу водоростевої біомаси з одного реактора у наступний більший реактор, коли концентрація біомаси досягає відмітки у межах від 1 до 5 г/л, переважно від 2 до 3 г/л. Реактори на даному етапі також обладнані установкою штучного освітлення з метою забезпечення необхідної кількості світла для фотоавтотрофного вирощування мікроводоростей. Етап ферментації, або гетеротрофного вирощування, має щонайменш п'ять реакторів (позначені разом на Фіг. 2 цифрою 4), включаючи три реактори зі збільшеною ємністю та два реактори з однаковою ємністю. Перші три реактори зі збільшеною ємністю можуть, наприклад, 3 складатися з першого реактора 4а з ємністю від 1000 до 2000 л (2 м ), другого реактора 4b з 3 ємністю від 10 000 до 20 000 л (20 м ) та третього реактора 4с з ємністю від 100 000 до 150 000 3 л (150 м ). Третій реактор одночасно постачає мікроводорості у два кінцевих реактора з однаковою ємністю. Кількість мікроводоростей значною мірою ділиться на дві частини, а кожна з цих двох частин відправляється у кінцевий реактор (4dта 4e). Два реактори з однаковою 3 ємністю 4d та 4e можуть мати ємність від 200 000 до 250 000 л (250 м ). Ці два реактори переважно працюють по черзі, оскільки за один раз випорожнюється один з них з метою збору мікроводоростей та відправки їх на етап вилучення олії. Дані щонайменш 5 реакторів з'єднані один з одним з метою забезпечення передачі мікроводоростей з одного реактора в інший, коли концентрація водоростевої біомаси досягає меж ємності кожного реактора. Передача з одного реактора у другий відбувається, наприклад, після 2-8 днів, з метою закінчення гетеротрофного етапу на виробничій лінії через 10-30 днів після його початку. Дані реактори закриті таким чином, щоб запобігти проникненню світла, та під'єднанні до джерела цукрового підкорму, наприклад, меляси, жому або води після оцукрення фруктів. Реактори другого та третього етапу безпосередньо з'єднані один з одним для спрощення та прискорення керування процесом. Фабрика допускає встановлення щонайменш двох виробничих ліній, працюючих паралельно, де кожна з вищеописаних етапів має таку саму кількість реакторів, як описано вище для однієї виробничої лінії. Причиною для встановлення щонайменш двох виробничих ліній, працюючих паралельно, є те, що це дозволить уникнути повної зупинки виробництва у разі виникнення аномалій у зростанні мікроводоростей, наприклад, у разі хвороби мікроводоростей, та дозволить одержати напів-безперервну роботу фабрики. Вся виробнича лінія переважно утримується в умовах стерильності, отже у закритих реакторах, щоб уникнути зовнішніх забруднень, які можуть бути загрозою для зростанню водоростей і/або видобутку олії. Фабрика за даним винаходом може також мати обладнання для пресування водоростевої біомаси (наприклад, стрічковий прес), сушильний апарат та обладнання для механічного пресування або відділення висушеної біомаси від олії, які розташовані після гетеротрофних реакторів. Фабрика також може мати установку для переробки води, одержаної після пресування біомаси, та конденсованої пари, одержаної після сушіння пресованої біомаси. Зрештою, фабрика може також мати установку для видобутку речовин з високою доданою вартістю з біомаси, таких як, наприклад, лютеїн. Спосіб та фабрика за даним винаходом переважно поєднуються зі спосбом та фабрикою для виробництва цукру з цукрових буряків або цукрової тростини. 6 UA 115098 C2 5 10 Фабрику за даним винаходом можна розташувати, наприклад, поблизу фабрики цукрового виробництва, щоб знизити витрати на транспортування меляси до нуля. Відмінними ознаками способу та фабрики за даним винаходом є: - не обов'язкове використання зони для культивування, а скоріше промислові зони; - використання відходів харчової промисловості в якості сировини; - одержання високого видобутку з виробництва олії, як у процентному відношенні до ваги водоростей, так і у кількості кг олії на квадратний метр землі, зайнятої протягом року, як 2 правило, 1500 кг/м на рік; - здійснення для виробничих ліній, розташованих паралельно, і, таким чином, здійснення у різні часи, в залежності від наявності площ та сировини; - автономність з енергетичної точки зору завдяки спалюванню біомаси, з якої вилучили олію; - незалежність від навколишніх умов. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Спосіб виробництва ліпідів (рослинних жирів) з мікроводоростей, що містить щонайменше наступні етапи: a) культивування мікроводоростей в умовах природного і/або штучного освітлення (фотоавтотрофне вирощування), і після цього в умовах без освітлення з додаванням цукрового прикорму, одержаного з обробки цукрової тростини або цукрового буряку, вибраних з меляси або жому, або цукрового прикорму, одержаного з відходів харчової або кондитерської промисловості (гетеротрофне вирощування); b) відділення ліпідів (рослинних жирів) з мікроводоростей. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зазначеним цукровим прикормом, що одержаний з відходів харчової або кондитерської промисловості, є стічні води після оцукрювання, вміст цукрів у яких становить від 20 % до 60 % від маси. 3. Спосіб за будь-яким з пп. 1-2, який відрізняється тим, що зазначені мікроводорості вибрані з наступних видів: зелені планктонні мікрововодорості Ботріококус браунії (Botryococcus В. (ВСВ)), одноклітинні зелені мікроводорості Хлорела вульгаріс (Chlorella vulgaris (CLV)), Nannochloropsis sp. (NCS), Nannochloris sp. (NNS), Haematococcus pluvialis (НАС) та Chlorella Protothecoide (CLP). 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що під час фотоавтотрофного вирощування зазначені мікроводорості досягають концентрації у межах від 1 до 5 г/л, переважно у межах від 2 до 3 г/л. 5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що зазначений цукровий прикорм, переважно меляса, розбавляється водою, у результаті чого досягається концентрація сахаридів у межах від 20 % до 40 % за масою, переважно від 25 % до 35 % за масою. 6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що під час гетеротрофного вирощування концентрація водоростевої біомаси досягає 130 г/л, переважно від 14 до 130 г/л. 7. Спосіб за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що включає етап щеплення, що має місце перед етапом фотоавтотрофного вирощування, на якому починається зростання мікроводоростей. 8. Спосіб за п. 7, який відрізняється тим, що концентрація водоростевої біомаси становить 0,05-0,2 г/л. 9. Спосіб за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що етап відділення ліпідів з мікроводоростей включає етап усування надлишку води і етап відділення олії від водоростевої біомаси. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що зазначений етап усування надлишку води включає пресування біомаси і сушіння біомаси для подальшого усунення будь-якого залишку води. 11. Спосіб за п. 9 або 10, який відрізняється тим, що після етапу відділення олії іде вилучення з залишкової біомаси речовин з високою доданою вартістю, переважно вітамінів, білків, каротиноїдів, активних інгредієнтів для фармацевтичної промисловості та активних інгредієнтів, які використовуватиме як харчові добавки. 12. Фабрика для виробництва ліпідів (рослинних жирів) з мікроводоростей, яка містить щонайменше дві виробничі лінії, встановлені паралельно, кожна з яких містить: - перший етап, властивий для вищезазначених щонайменше двох виробничих ліній, так званий лабораторний етап або етап щеплення, що складається зі щонайменше двох реакторів, у яких спочатку культивуються мікроводорості; - другий так званий етап "розсадника", на якому мікроводорості вирощуються в умовах штучного освітлення (фотоавтотрофне вирощування), що складається зі щонайменше трьох реакторів; 7 UA 115098 C2 5 10 15 20 25 30 - третій так званий етап ферментації, на якому мікроводорості вирощуються в умовах без освітлення (гетеротрофне вирощування) з впровадженням меляси, що складається зі щонайменше п'яти реакторів, при цьому реактори другого та третього етапу з'єднані один з одним для забезпечення переходу мікроводоростей з одного етапу до іншого. 13. Фабрика за п. 12, яка відрізняється тим, що зазначений лабораторний етап має кілька контейнерів, у яких починається зростання водоростей, після яких іде серія реакторів зі збільшеною ємністю, яка збільшується до 30 л. 14. Фабрика за п. 12 або 13, яка відрізняється тим, що зазначений етап розсадника складається зі щонайменше трьох реакторів з прогресивно збільшеною ємністю. 15. Фабрика за будь-яким з пп. 12-14, яка відрізняється тим, що зазначені щонайменше три реактори на етапі розсадника мають ємність, що становить, відповідно, від 60 до 150 л, від 150 до 300 л та від 300 до 600 л. 16. Фабрика за будь-яким з пп. 12-15, яка відрізняється тим, що зазначені щонайменше три реактори на етапі розсадника обладнані установкою штучного освітлення. 17. Фабрика за будь-яким з пп. 12-16, яка відрізняється тим, що зазначений етап ферментації складається зі щонайменше п'яти реакторів, де три реактори мають збільшену ємність, а два реактори однакову ємність. 18. Фабрика за п. 17, яка відрізняється тим, що зазначені перші три реактори складаються з першого реактора з ємністю від 1000 до 2000 л, другого реактора з ємністю від 10 000 до 20 000 л та третього реактора з ємністю від 100 000 до 150 000 л. 19. Фабрика за п. 17 або 18, яка відрізняється тим, що зазначені два реактори мають ємність від 200 000 до 250 000 л. 20. Фабрика за будь-яким з пп. 12-19, яка відрізняється тим, що зазначені щонайменше п'ять реакторів на етапі ферментації є закритими, щоб запобігти проникненню світла, та під'єднані до джерела цукрового підкорму, переважно меляси. 21. Фабрика за будь-яким з пп. 12-20, яка відрізняється тим, що містить обладнання для пресування водоростевої біомаси, сушильний апарат та обладнання для відділення висушеної біомаси від олії, які розташовані після гетеротрофних реакторів. 22. Фабрика за будь-яким з пп. 12-21, яка відрізняється тим, що містить установку для видобутку речовин з високою доданою вартістю з біомаси. 8 UA 115098 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9