У 60-х роках в різних лабораторіях був розроблений ряд установок і апаратів високоінтенсивного керованого культивування фотосинтезирующих мікроводоростей в повністю контрольованих умовах з автоматичною стабілізацією оптимальних умов і безперервної автоматичної реєстрацією таких важливих фізіологічних функцій культури, як швидкість росту, інтенсивність фотосинтезу, мінеральне живлення для використання біомаси як джерела енергії.
Найбільш досконалим з таких методів культивування є проточное вирощування водоростей, при якому за сигналами, що отримуються від самої культури, здійснюються автоматичний відбір приростає клітин (врожаю), подача свіжої живильного середовища і стабілізація оптичної щільності культури. Одна з принципових схем такого типу культивування представлена на малюнку.
Головною перевагою цих методів культивування є можливість вести тривале безперервне вирощування водоростей з підтриманням постійної щільності суспензії на оптимальних значеннях, при яких спостерігається максимальна продуктивність культури. З цією метою розроблені спеціальні реактори, в яких використовуються потужні джерела світла і спеціальні системи світлорозподілу і світловодів, що забезпечує рівномірне освітлення клітин в досить щільних культурах.
Врожаї, зокрема, хлорели, які отримують в таких установках, складають приблизно 30-40 г сухої біомаси з 1 л суспензії на добу або 80-100 г з 1 м 2 поверхні, що освітлюється.
Таким чином, в даний час можна вважати досить детально розробленими фізіологічні основи культивування мікроскопічних фотосинтезирующих водоростей і деякі принципи технології їх вирощування як в установках під відкритим небом, так і в закритих апаратах.
В даний час розробки способів вирощування мікроводоростей і конструювання різних типів апаратів для цього ведуть багато корпорацій, починаючи від світових гігантів в енергетичній галузі таких як Chevron, Shell закінчуючи корпораціями De Beers, Nestle для яких енергетичний бізнес не є профільним, а також споживачі палива компанії Boing , Chysler NextDiesel і т.д. Ведуться роботи спрямовані на зниження собівартості одержуваної біомаси водоростей шляхом використання для вирощування мікроводоростей відкритих природних водойм, водоймищ очисних споруд, попутних газів електростанцій, застосування комбінованих способів використання відкритих і закритих систем для вирощування.
Відкриті системи - це відкриті ємності, природні водойми, ставки, штучні басейни в яких вирощуються мікроводорості. Дані способи вирощування мікроводоростей не забезпечують високого виходу і стандартної якості одержуваної біомаси. Процеси неконтрольовані з точки зору забезпечення оптимальних умов для вирощування, залежать від зовнішніх природних факторів. Існує можливість забруднення культивованої культури дикими і патогенними мікроорганізмами.
- светопрінімающіе поверхні біореакторів заростають і їх необхідно постійно очищати, це веде до подорожчання й ускладнення конструкції;
- в цих конструкціях біореакторів перемішування йде хаотично, неефективне, високі витрати енергії на організацію перемішування;
- масо-і газообмін малоуправляеми;
- під час продування газу через рідину йде велике піноутворення, що заважає створенню оптимальних умов і не дозволяє використовувати весь обсяг біореактора;
- при використанні насосів для забезпечення циркуляції рідини мікроводорості травмуються;
- при горизонтальному розташуванні светопрінімающіх труб, вони займають великі площі землі.
У доповіді організації Worldwatch Institute, з біопалива, зазначено, що розроблені в даний час конструкції біореакторів для вирощування водоростей малоефективні.
Розглянемо пристрій для культивування мікроводоростей, що містять фотоблоке з профільованим дном і барботажні трубки, розташовані на дні фотоблоке. Дно фотоблоке виконано у вигляді хвилястої поверхні, уздовж якої розташовані барботажні трубки, забезпечені патрубками, спрямованими вниз по дотичній до поверхні дна.
Пристрій працює наступним чином. У фотоблоке наливають суспензію, яка містить живильний розчин і розсаду мікроводоростей, і пропускають по барботажний трубках газоповітряну суміш, яка містить 0,5-1% СО2. Необхідний для фотосинтезу світло надходить до водоростей через верхню відкриту частину фотоблоке від зовнішнього джерела освітлення (Сонця або штучного джерела). Струмінь газоповітряної суміші, збагачує суспензію СО2 одночасно використовується для вертикального перемішування рідини: розташування барботажних трубок і форма дна дозволяють створити потоки рідини у всьому робочому обсязі середовища культивації.
Низька ефективність установок поки не дає можливості приступити до промислового культивування мікроводоростей для виробництва енергії, тобто біомаса - джерело енергії. Суттєвою перешкодою на цьому шляху є необхідність відторгнення під розміщення установок великих площ землі, що практично нереально.
Рентабельність масового культивування водоростей істотно залежить від аспектів застосування одержуваної біомаси і повинна оцінюватися, очевидно, в кожному конкретному випадку індивідуально. Так, методи високоінтенсивного культивування водоростей, крім дослідницької роботи, спрямованої на з'ясування потенційної продуктивності фотосинтетичного апарату рослин і інших проблем фізіології, біохімії і генетики фотосинтезирующих клітин, знаходять застосування для біосинтезу з'єднань, мічених різними ізотопами вуглецю (С14, С13), дейтеріровапних з'єднань, а також у космічній біології для створення замкнутих екологічних систем життєзабезпечення. Висока продуктивність і стабільність роботи систем інтенсивного проточного культивування хлорели дозволили здійснити багатомісячні експерименти з випробувачами по біологічної регенерації повітря за допомогою фотосинтезу.
Ефективність застосування біомаси водоростей в сільському господарстві залишається ще неясною. Біомаса водоростей, що отримується при культивуванні під відкритим небом, використовується для вивчення їх кормових достоїнств як джерела білка і фізіологічно активних сполук. Результати суперечливі, що свідчить про необхідність проведення подальшої дослідницької роботи.
Разом з тим в більш широкому плані розробка способів промислового культивування одноклітинних фотосинтезуючих мікроводоростей є одним із шляхів запровадження процесу фотосинтезу в промислове виробництво. Наслідки такого явища своєрідною індустріалізації фотосинтезу важко переоцінити.