Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

युग्मन कार्बन कैप्चर एक पावर प्लांट से अर्ध-स्वचालित ओपन रेसवे पॉन्ड्स के साथ माइक्रोएल्गी खेती के लिए

Published: August 14, 2020 doi: 10.3791/61498
Automatic Translation
1, 2, 3, 1,2
1Department of Chemical and Environmental Engineering, University of Arizona, 2Department of Biosystems Engineering, University of Arizona, 3Department of Biomedical Engineering, University of Arizona

Summary

खुले रेसवे तालाबों में सूक्ष्म शैवाल की खेती करने के लिए प्राकृतिक गैस पावर प्लांट फ्लू गैस में कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करने के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन किया गया है। फ्लू गैस इंजेक्शन को पीएच सेंसर के साथ नियंत्रित किया जाता है, और सूक्ष्म शैवाल विकास को ऑप्टिकल घनत्व के वास्तविक समय माप के साथ मॉनिटर किया जाता है।

Abstract

संयुक्त राज्य अमेरिका में, कुल कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ2) उत्सर्जन का 35% विद्युत ऊर्जा उद्योग से आता है, जिसमें से 30% प्राकृतिक गैस बिजली उत्पादन का प्रतिनिधित्व करते हैं। माइक्रोएल्गे पौधों की तुलना में 10 से 15 गुना तेजी से बायोफिक्स सीओ2 कर सकते हैं और शैवाल बायोमास को जैव ईंधन जैसे ब्याज के उत्पादों में परिवर्तित कर सकते हैं। इस प्रकार, यह अध्ययन एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है जो एक गर्म अर्ध-शुष्क जलवायु में दक्षिण-पश्चिमी संयुक्त राज्य अमेरिका में स्थित एक प्राकृतिक गैस पावर प्लांट के साथ सूक्ष्म शैवाल खेती के संभावित तालमेल को दर्शाता है। अत्याधुनिक प्रौद्योगिकियों का उपयोग हरी शैवाल प्रजातियों क्लोरेला सोरोकिनियाना के माध्यम से कार्बन कैप्चर और उपयोग को बढ़ाने के लिए किया जाता है, जिसे जैव ईंधन में आगे संसाधित किया जा सकता है। हम एक अर्ध-स्वचालित खुले रेसवे तालाब को शामिल करने वाले एक प्रोटोकॉल का वर्णन करते हैं और इसके प्रदर्शन के परिणामों पर चर्चा करते हैं जब इसे टक्सन, एरिज़ोना में टक्सन इलेक्ट्रिक पावर प्लांट में परीक्षण किया गया था। पीएच को नियंत्रित करने के लिए फ्लू गैस का उपयोग मुख्य कार्बन स्रोत के रूप में किया गया था, और क्लोरेला सोरोकिनियाना की खेती की गई थी। शैवाल को विकसित करने के लिए एक अनुकूलित माध्यम का उपयोग किया गया था। समय के एक समारोह के रूप में सिस्टम में जोड़े गए सीओ2 की मात्रा की बारीकी से निगरानी की गई थी। इसके अतिरिक्त, अल्गल विकास दर, बायोमास उत्पादकता और कार्बन निर्धारण को प्रभावित करने वाले अन्य भौतिक-रासायनिक कारकों की निगरानी की गई, जिसमें ऑप्टिकल घनत्व, भंग ऑक्सीजन (डीओ), इलेक्ट्रोकंडक्टिविटी (ईसी), और हवा और तालाब के तापमान शामिल थे। परिणामों से संकेत मिलता है कि 0.385 ग्राम / एल राख-मुक्त शुष्क वजन तक की सूक्ष्म शैवाल उपज प्राप्य है, जिसमें 24% की लिपिड सामग्री है। सीओ2 उत्सर्जकों और अल्गल किसानों के बीच सहक्रियात्मक अवसरों का लाभ उठाना अल्गल जैव ईंधन और जैव उत्पादों के स्थायी उत्पादन का समर्थन करते हुए कार्बन कैप्चर को बढ़ाने के लिए आवश्यक संसाधन प्रदान कर सकता है।

Introduction

ग्लोबल वार्मिंग सबसे महत्वपूर्ण पर्यावरणीय मुद्दों में से एक है जो आज दुनिया का सामना कर रहीहै। अध्ययनों से पता चलता है कि प्रमुख कारण ग्रीनहाउस गैस (जीएचजी) उत्सर्जन में वृद्धि है, मुख्य रूप से सीओ2, मानव गतिविधियों के कारण वातावरण में 2,3,4,5,6,7। अमेरिका में, सीओ2 उत्सर्जन का सबसे बड़ा घनत्व मुख्य रूप से ऊर्जा क्षेत्र में जीवाश्म ईंधन दहन से उत्पन्न होता है, विशेष रूप से बिजली उत्पादन संयंत्र3,7,8,9। इस प्रकार, कार्बन कैप्चर और उपयोग (सीसीयू) प्रौद्योगिकियां जीएचजी उत्सर्जन को कम करने के लिए प्रमुख रणनीतियों में से एक के रूप में उभरीहैं 2,7,10। इनमें जैविक प्रणालियां शामिल हैं जो पोषक तत्वों की उपस्थिति में, प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से सीओ2 और पानी को बायोमास में परिवर्तित करने के लिए सूरज की रोशनी का उपयोग करती हैं। सूक्ष्म शैवाल का उपयोग तेजी से विकास दर, उच्च सीओ2 निर्धारण क्षमता और उच्च उत्पादन क्षमता के कारण प्रस्तावित किया गया है। इसके अतिरिक्त, सूक्ष्म शैवाल में व्यापक जैव ऊर्जा क्षमता होती है क्योंकि बायोमास को ब्याज के उत्पादों में परिवर्तित किया जा सकता है, जैसे कि जैव ईंधन जो जीवाश्म ईंधन 7,9,10,11,12 को प्रतिस्थापित कर सकते हैं।

सूक्ष्म शैवाल विभिन्न प्रकार की खेती प्रणालियों या रिएक्टरों में जैविक रूपांतरण को विकसित और प्राप्त कर सकता है, जिसमें खुले रेसवे तालाब और बंद फोटोबायोरिएक्टर 13,14,15,16,17,18,19 शामिल हैं। शोधकर्ताओं ने उन फायदों और सीमाओं का अध्ययन किया है जो दोनों खेती प्रणालियों में जैव प्रक्रिया की सफलता को निर्धारित करते हैं, या तो इनडोर या आउटडोरपरिस्थितियों में 5,6,16,20,21,22,23,24,25 . ओपन रेसवे तालाब कार्बन कैप्चर और उन स्थितियों में उपयोग के लिए सबसे आम खेती प्रणाली हैं जहां फ्लू गैस को सीधे स्टैक से वितरित किया जा सकता है। इस प्रकार की खेती प्रणाली अपेक्षाकृत सस्ती है, स्केल करना आसान है, कम ऊर्जा लागत है, और मिश्रण के लिए कम ऊर्जा आवश्यकताएं हैं। इसके अतिरिक्त, इन प्रणालियों को आसानी से सीसीयू प्रक्रिया को अधिक कुशल बनाने के लिए बिजली संयंत्र के साथ सह-स्थित किया जा सकता है। हालांकि, कुछ कमियां हैं जिन पर विचार करने की आवश्यकता है, जैसे कि सीओ2 गैस / तरल द्रव्यमान हस्तांतरण में सीमा। यद्यपि सीमाएं हैं, खुले रेसवे तालाबों को आउटडोर माइक्रोएल्गल जैव ईंधन उत्पादन 5,9,11,16,20 के लिए सबसे उपयुक्त प्रणाली के रूप में प्रस्तावित किया गया है।

इस लेख में, हम खुले रेसवे तालाबों में सूक्ष्म शैवाल की खेती के लिए एक विधि का विस्तार करते हैं जो प्राकृतिक गैस पावर प्लांट की फ्लू गैस से कार्बन कैप्चर को जोड़ती है। विधि में एक अर्ध-स्वचालित प्रणाली होती है जो संस्कृति पीएच के आधार पर फ्लू गैस इंजेक्शन को नियंत्रित करती है; सिस्टम मॉनिटर करता है और ऑप्टिकल घनत्व, भंग ऑक्सीजन (डीओ), electroconductivity (ईसी), और हवा और तालाब तापमान सेंसर का उपयोग कर वास्तविक समय में Chlorella sorokiniana संस्कृति की स्थिति रिकॉर्ड करता है। अल्गल बायोमास और फ्लू गैस इंजेक्शन डेटा टक्सन इलेक्ट्रिक पावर सुविधा में हर 10 मिनट में एक डेटा लकड़हारा द्वारा एकत्र किए जाते हैं। शैवाल तनाव रखरखाव, स्केल अप, गुणवत्ता नियंत्रण माप, और बायोमास लक्षण वर्णन (उदाहरण के लिए, ऑप्टिकल घनत्व, जी / एल, और लिपिड सामग्री के बीच सहसंबंध) एरिज़ोना विश्वविद्यालय में एक प्रयोगशाला सेटिंग में किया जाता है। एक पिछले प्रोटोकॉल ने कंप्यूटर सिमुलेशन26 के माध्यम से फोटोबायोरिएक्टर में सूक्ष्म शैवाल विकास को बढ़ावा देने के लिए फ्लू गैस सेटिंग्स को अनुकूलित करने के लिए एक विधि को रेखांकित किया। यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल अद्वितीय है कि यह खुले रेसवे तालाबों का उपयोग करता है और उत्पादित फ्लू गैस का सीधा उपयोग करने के लिए एक प्राकृतिक गैस पावर प्लांट में साइट पर लागू करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसके अतिरिक्त, वास्तविक समय ऑप्टिकल घनत्व माप प्रोटोकॉल का हिस्सा हैं। जैसा कि वर्णित प्रणाली को एक गर्म अर्धशुष्क जलवायु (कोपेन बीएसएच) के लिए अनुकूलित किया गया है, जो कम वर्षा, वर्ष-दर-वर्ष वर्षा में महत्वपूर्ण परिवर्तनशीलता, कम सापेक्ष आर्द्रता, उच्च वाष्पीकरण दर, स्पष्ट आकाश और तीव्र सौर विकिरण27 प्रदर्शित करता है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. विकास प्रणाली: आउटडोर खुला raceway तालाब सेटिंग्स

  1. फ्लू गैस स्रोत के करीब खुले रेसवे तालाबों को स्थापित करें (जिसमें 8-10% सीओ2 शामिल है)। सुनिश्चित करें कि तालाब रिएक्टर स्थान पर पानी और बिजली उपलब्ध हैं और रिएक्टर दिन के अधिकांश भाग में छाया में नहीं है (चित्रा 1)।
  2. 0.95 सेमी ईंधन नली का उपयोग करके पोस्ट-दहन प्रक्रिया के दौरान फ्लू गैस को कैप्चर करें, फ्लू गैस वायुमंडल में डिस्चार्ज होने के लिए स्टैक में प्रवेश करने से कुछ मीटर पहले (चित्रा 2)।
  3. स्टैक और कंप्रेसर (चित्रा 2) के बीच एक 20 एल पानी के जाल और एक संघनित्र (कुंडल लंबाई ~ 12 मीटर) का उपयोग करके फ्लू गैस से पानी निकालें।
    नोट: फ्लू गैस में आमतौर पर लगभग 9\u201213.8% पानीहोता है। इसके अलावा, कंडेनसर और पाइपलाइन फ्लू गैस16 को ठंडा करती है।
  4. अल्गल विकास की निगरानी के लिए निम्नलिखित सेंसरों को एक डेटालॉगर से कनेक्ट करें: (1) एक वास्तविक समय ऑप्टिकल घनत्व सेंसर29, जो दो तरंग दैर्ध्य-650 और 750 एनएम पर अवशोषण को मापता है- और 1.05 ग्राम / एल की अधिकतम अल्गल सेल एकाग्रता का पता लगा सकता है; (2) एक डीओ सेंसर; (3) हवा और तालाब थर्मोकपल; (4) एक पीएच सेंसर; और (5) एक ईसी सेंसर।
    नोट:: साथ ही, pH और EC सेंसर एक ट्रांसमीटर से कनेक्टेड हैं। डेटा लकड़हारा इकाई कॉन्फ़िगरेशन चित्र 3 में दिखाया गया है।
  5. सुनिश्चित करें कि अल्गल विकास प्रणाली के सभी घटकों को कैलिब्रेट किया जाता है और टीकाकरण से पहले ठीक से काम किया जाता है।

2. पीएच नियंत्रण प्रणाली

  1. एक कंप्रेसर, एक नियंत्रण वाल्व प्रणाली, और डेटा लकड़हारा कार्यक्रम का उपयोग करके फ्लू गैस इंजेक्शन का प्रबंधन करें, जैसा कि चित्र 2 और चित्रा 3 (पूरक सामग्री ए) में दिखाया गया है।
  2. एक पत्थर विसारक के माध्यम से raceway तालाब के नीचे करने के लिए नियंत्रण वाल्व से फ्लू गैस को निर्देशित करने के लिए एक ट्यूब का उपयोग करें।
  3. पीएच के आधार पर विकास प्रणाली में फ्लू गैस इंजेक्ट करें। जब पीएच मान 8.05 से अधिक होता है, तो सिस्टम फ्लू गैस इंजेक्ट करेगा, जबकि जब पीएच 8.00 से कम होता है, तो सिस्टम बिना किसी वृद्धि की अवधि में फ्लू गैस इंजेक्शन को रोक देगा। प्रवाह दर मानक लीटर प्रति मिनट (SLPM) में मापा जाता है।
    नोट: नियंत्रण वाल्व में, इनलेट फ्लू गैस दबाव अधिकतम 50 साई तक सीमित है।

3. शैवाल चयन और तनाव रखरखाव (प्रकाश और तापमान)

नोट: हरे शैवाल Chlorella sorokiniana DOE 1412 Juergen Polle (ब्रुकलिन कॉलेज) 30,31 द्वारा अलग किया गया था और उन्नत जैव ईंधन और Bioproducts के लिए राष्ट्रीय गठबंधन (NAABB) द्वारा चुना गया था; इसका चयन Huesemann et al.32,33 द्वारा किए गए पिछले तनाव लक्षण वर्णन अध्ययनों पर आधारित था। बाहरी खुले रेसवे तालाबों का उपयोग करते समय दक्षिण पश्चिम क्षेत्र में अल्गल स्क्रीनिंग, बायोमास उत्पादकता और जलवायु-नकली खेती (जैसे, तापमान और प्रकाश) के बारे में उनके शोध ने इस परियोजना में उपयोग की जाने वाली विधि को सूचित किया।

  1. कमरे के तापमान (25 डिग्री सेल्सियस) पर संस्कृतियों को बनाए रखें, 12 घंटे / 12 घंटे प्रकाश / अंधेरे चक्र का उपयोग करके।
  2. प्लेटों पर और छोटे तरल संस्कृतियों (50 मिलीलीटर से 500 एमएल) में उगाए गए संस्कृति रखरखाव के लिए200 μM / m 2 / s पर प्रकाश तीव्रता रखें।
  3. तरल संस्कृतियों में उगाए गए पैमाने के लिए प्रकाश तीव्रता रखें 50 मिलीलीटर से 500 मिलीलीटर 400 μM / m2 / s पर, और तरल संस्कृतियों 5 एल से 20 एल 600 \ u2012800 μM / m2 / s पर।

4. स्केल अप और गुणवत्ता नियंत्रण

  1. G/L में, मैक्रोन्यूट्रिएंट्स के लिए, विआयनीकृत पानी और निम्नलिखित लवणों का उपयोग करके BG11 संस्कृति माध्यम तैयार करें: 1.5 NaNO3, 0.04 K2HPO4, 0.075 MgSO4*H2O, 0.036 CaCl2*H2O, 0.006 (NH4)5Fe(C6H4O7)2, 0.006 Na2EDTA*2H 2O, 0.02 Na2CO3; ट्रेस तत्व समाधान का 1 mL/L जोड़ें, जिसमें g/L में निम्नलिखित सूक्ष्म पोषक तत्व होते हैं: 2.86 H3BO3, 1.81 MnCl2*4H2O, 0.22 ZnSO4*7H2O, 0.39 Na2MoO4*2H2O, 0.079 CuSO4*5H2O, 0.0494 Co(NO3)2*6H2O.
    नोट: प्लेट इनोक्यूलेशन और / या दीर्घकालिक भंडारण के लिए, Bacto agar के 7.5 g / L जोड़ें; संस्कृति टीकाकरण के लिए, अगर के अलावा की आवश्यकता नहीं है। 121 डिग्री सेल्सियस पर 21 मिनट के लिए आटोक्लेव में संस्कृति माध्यम को निष्फल करें।
  2. एक बाँझ लैमिनर प्रवाह हुड या biosafety कैबिनेट में पेट्री व्यंजन में आगर के साथ BG11 माध्यम डालो. एक बार जब प्लेटें फर्म और शांत हो जाती हैं, तो पिपेट 500 μL एक फिर से निलंबित जमे हुए अल्गल स्टॉक संस्कृति से और एम्पिसिलिन (100 μg / mL) जोड़ें; 1 से 2 सप्ताह के लिए एक शेकर टेबल (120 आरपीएम) में अल्गल प्लेटों को इनक्यूबेट करें।
  3. एक संस्कृति प्लेट से एक एकल अल्गल कॉलोनी का चयन करने के लिए एक बाँझ लूप का उपयोग करें और इसे एक स्वच्छ जैव सुरक्षा कैबिनेट में बाँझ विकास माध्यम युक्त 50 मिलीलीटर ट्यूब में टीका लगाएं। एक सप्ताह के लिए एक शेकर टेबल (120 आरपीएम) पर छोटे तरल संस्कृति को बढ़ाएं।
  4. शैवाल संस्कृति के 50 मिलीलीटर (रैखिक विकास चरण,OD 750nm ≥ 1) को 500 mL तरल माध्यम के साथ 1 L फ्लास्क में स्थानांतरित करें। वातन प्रदान करने के लिए एक रबर स्टॉपर और स्टेनलेस स्टील टयूबिंग के साथ प्रत्येक फ्लास्क को फिट करें। 0.2 μm हवा नसबंदी फिल्टर का उपयोग कर हवा फ़िल्टर. संस्कृति को एक से दो सप्ताह तक बढ़ने दें। एक spectrophotometer (OD750nm) का उपयोग करके सेल घनत्व की निगरानी करें।
  5. 500 मिलीलीटर तरल संस्कृति को 10 एल कारबॉय में रखें जिसमें 8 एल गैर-बाँझ संस्कृति माध्यम शामिल हैं और 5% सीओ2 और 95% हवा के मिश्रण को इंजेक्ट करते हैं। फिर, चरण 4.4 के समान परिस्थितियों में शैवाल की खेती करें।
  6. स्टॉक प्लेट और तरल संस्कृतियों की निगरानी करें (चरण 4.2\u20124.5 में) सप्ताह में एक बार। एक ऐलीकोट लें और वांछित तनाव के विकास को सुनिश्चित करने के लिए माइक्रोस्कोप के नीचे 10x और 40x आवर्धन पर इसका निरीक्षण करें। संस्कृतियों को तब तक रखा जब तक कि उनसे समझौता नहीं किया गया है या प्रयोगों के लिए उपयोग नहीं किया जाता है। दूषित संस्कृतियों को छोड़ दें।

5. खुले तालाब की खेती के लिए केंद्रित मध्यम तैयारी

  1. ट्रेस तत्वों के समाधान को तैयार करने के लिए आंशिक रूप से आसुत पानी (डीडब्ल्यू) के साथ एक 1 एल वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क भरें। एक चुंबकीय हलचल पट्टी डालें और तालिका 1 में दिखाए गए रसायनों को क्रमिक रूप से जोड़ें। सुनिश्चित करें कि प्रत्येक घटक अगले घटक के अतिरिक्त से पहले भंग हो जाता है। चुंबक को निकालें और फ्लास्क को 1 एल वॉल्यूम मार्क में भरें।
  2. आंशिक रूप से डीडब्ल्यू के साथ एक 1 एल कांच की बोतल भरें और चुंबकीय हलचल बार डालें। कंटेनर को चुंबकीय हलचल प्लेट के शीर्ष पर रखें और रिएक्टर की अंतिम मात्रा के लिए रसायनों को जोड़ें, उन्हें क्रमिक रूप से जोड़ें, यह सुनिश्चित करते हुए कि प्रत्येक पूरी तरह से भंग हो जाए। तालिका 2 मध्यम के 1 एल तैयार करने के लिए रसायनों को सूचीबद्ध करती है, इसलिए रिएक्टर की अंतिम मात्रा से सभी मूल्यों को गुणा करें। कांच की बोतल को 1 लीटर तक भरें।

6. आउटडोर खुला raceway तालाब टीका

  1. प्रत्येक टीकाकरण से पहले और कटाई के बाद 30% ब्लीच का उपयोग करके रिएक्टर को अच्छी तरह से साफ करें। ब्लीच को रात भर छोड़ने की सिफारिश की जाती है। सभी ब्लीच को हटाने के लिए रिएक्टर को अच्छी तरह से कुल्ला करें।
  2. शैवाल टीकाकरण से पहले सभी सेंसरों को उनके संबंधित अंशांकन प्रक्रिया के अनुसार कैलिब्रेट करें।
  3. 80% तक raceway तालाब भरने के द्वारा पानी के स्रोत का उपयोग कर केंद्रित मीडिया (चरण 5 में) पतला।
  4. शैवाल (रैखिक विकास चरण OD750nm > 2) से भरे 10 एल कारबॉय का उपयोग करके रिएक्टर को टीका लगाएं और इसे अपनी अंतिम मात्रा में लाएं।
  5. आंशिक रूप से ~ 3 दिनों (चित्रा 4) के लिए लकड़ी के पैलेट के साथ raceway तालाब छायांकन द्वारा acclimate microalgae, एक बार घातीय चरण पारित हो गया है, photoinhibition से बचने के लिए एक अनुकूलन रणनीति के रूप में।
    नोट: यह अवधि माइक्रोएल्गे के लिए फ्लू गैस के प्रत्यक्ष इंजेक्शन के कारण होने वाले तनाव के अनुकूल होने के लिए भी समय प्रदान करेगी।

7. उत्पादन स्टेशन पर बैच विकास प्रयोग

  1. पानी के वाष्पीकरण, पैडलव्हील मोटर, सेंसर कार्यक्षमता, और सामान्य से बाहर कुछ भी सहित किसी भी दिन-प्रतिदिन की विविधताओं का निरीक्षण और रिकॉर्ड करें।
  2. नाली और कंप्रेसर और पानी के जाल का निरीक्षण करने के लिए किसी भी अतिरिक्त पानी को हटाने के लिए किसी भी अतिरिक्त पानी को हटाने के लिए हर दिन के बाद से फ्लू गैस अत्यधिक संक्षारक34 है.
  3. प्रत्येक सेंसर माप को हर 10 सेकंड में स्कैन करने के लिए और हर 10 मिनट में औसत डेटा स्टोर करने के लिए डेटा लकड़हारा को कॉन्फ़िगर करें। इनमें डीओ, पीएच, ईसी, रियल टाइम ऑप्टिकल घनत्व के साथ-साथ हवा और रिएक्टर तापमान शामिल हैं।

8. असतत नमूना और निगरानी

  1. सुनिश्चित करें कि रिएक्टर की अंतिम मात्रा में पानी का स्तर स्थिर रहता है अन्यथा ऑप्टिकल घनत्व माप प्रभावित होगा।
  2. रिएक्टर में पानी को फिर से भरने के बाद, एक पराबैंगनी-दृश्यमान स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का उपयोग करके ऑप्टिकल घनत्व (540, 680, और 750 एनएम) द्वारा सेल द्रव्यमान माप के लिए 5 एमएल नमूना लें। इस प्रक्रिया को दैनिक रूप से दोहराएं।
  3. राख मुक्त शुष्क वजन (AFDW) के आधार पर माइक्रोस्कोप टिप्पणियों और बायोमास एकाग्रता के लिए प्रति सप्ताह तीन बार 500 एमएल नमूना लें।
    1. 10x और 40x उद्देश्य लेंस के साथ माइक्रोस्कोप अवलोकन करें। इसके अतिरिक्त, इन माइक्रोस्कोप आवर्धन का उपयोग चरण 4.6 में वर्णित अल्गल गुणवत्ता नियंत्रण के हिस्से के रूप में किया जाता है।
    2. AFDW के लिए चरण 8.3 में नमूने के 400 mL का उपयोग करें
      1. एक एल्यूमीनियम पन्नी ट्रे में प्रत्येक 0.7 μm ताकना आकार ग्लास माइक्रोफाइबर फिल्टर सेट करें और पूर्व-इलाज प्रत्येक एल्यूमीनियम पन्नी ट्रे /
      2. # 2 पेंसिल का उपयोग करके प्रत्येक एल्यूमीनियम पन्नी ट्रे को लेबल करें, इसके वजन (ए) को रिकॉर्ड करें, और इसे वैक्यूम फ़िल्टर उपकरण में रखें।
      3. फ़िल्टर किए जाने के लिए एक मात्रा को मापने से पहले शैवाल के नमूने को सख्ती से हिलाएं। 8 और 16 मिलीग्राम के बीच एक पूर्व / पोस्ट राख वजन अंतर देने के लिए पर्याप्त शैवाल नमूना फ़िल्टर करें। प्रयोग के दौरान उपयोग करने के लिए वजन अंतर चुनें और इस मूल्य को स्थिर रखें।
      4. कम से कम 12 घंटे के लिए 105 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में अपनी पन्नी ट्रे में शैवाल के नमूने वाले प्रत्येक फ़िल्टर को रखें।
      5. सूखने वाले ओवन से पन्नी ट्रे / फ़िल्टर को हटा दें और इसे पानी को बढ़ाने से रोकने के लिए एक ग्लास डेसिकेटर में रखें। प्रत्येक पन्नी ट्रे / फ़िल्टर वजन (बी) रिकॉर्ड करें।
      6. पन्नी ट्रे / फिल्टर को 540 डिग्री सेल्सियस मफल फर्नेस में 4 घंटे के लिए रखें।
      7. मफल भट्टी को बंद करें, पन्नी ट्रे / फिल्टर को ठंडा करें, उन्हें डेसिकेटर में रखें, और प्रत्येक पन्नी ट्रे / फ़िल्टर वजन (सी) रिकॉर्ड करें।
      8. Gravimetrical विश्लेषण का उपयोग कर AFDW की गणना करें:
        % AFDW = C – A x 100 / B
  4. सॉल्वैंट्स का उपयोग करके माइक्रोवेव-असिस्टेड एक्सट्रैक्शन (एमएई) लिपिड निष्कर्षण विश्लेषण के लिए कटाई से पहले शैवाल के 2 एल को पकड़ो।
    1. 15 मिनट के लिए 4,400 x g के एक सापेक्ष केन्द्रापसारक बल (RFC) पर शैवाल के नमूने को सेंट्रीफ्यूज करें। शैवाल गोली ले लो और कम से कम 24 घंटे के लिए 80 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन का उपयोग करके इसे सूखा।
    2. शैवाल के नमूने को पीसें और अल्गल पाउडर का वजन करें (अनुशंसित बायोमास 0.3 ग्राम से 0.5 ग्राम तक होता है)।
    3. माइक्रोवेव त्वरित प्रतिक्रिया प्रणाली (MARS) Xpress जहाजों में शैवाल पाउडर (सूखी अल्गल बायोमास) जोड़ें, हुड के नीचे क्लोरोफॉर्म: मेथनॉल (2: 1, v / v) विलायक समाधान के 10 मिलीलीटर जोड़ें, जहाजों को बंद करें, और रात भर खड़े रहने दें।
    4. 70 डिग्री सेल्सियस और 800 डब्ल्यू बिजली पर 60 मिनट के लिए विलायक सेंसर का उपयोग करके MARS मशीन में जहाजों को रखें।
    5. MARS से जहाजों को बाहर निकालें और उन्हें हुड के नीचे ठंडा होने दें।
    6. तरल भाग को अलग करने के लिए एक फ़नल और ग्लास ऊन का उपयोग करें जिसमें क्लोरोफॉर्म, मेथनॉल और लिपिड होते हैं, प्रत्येक तरल नमूने को एक पूर्व-वजन वाले ग्लास टेस्ट ट्यूब में स्थानांतरित करके और अन्य विश्लेषणों के लिए ठोस (बायोमास लिपिड से मुक्त) रखें।
    7. नाइट्रोजन वाष्पीकरणकर्ता के लिए लिपिड युक्त परीक्षण ट्यूबों को लें, तरल के वाष्पित होने के बाद उन्हें हटा दें, और फिर पूर्ण सूखापन सुनिश्चित करने के लिए हुड के नीचे रात भर ट्यूबों को छोड़ दें।
    8. ग्रेविमेट्रिक विश्लेषण का उपयोग करके लिपिड सामग्री (डब्ल्यूटी) की गणना करें:
      लिपिड सामग्री (wt. %) = लिपिड का सूखा बायोमास x 100 / शुष्क अल्गल द्रव्यमान

9. अल्गल कटाई और फसल रोटेशन

  1. कुल शैवाल संस्कृति की मात्रा का 75% फसल जब संस्कृति स्थिर चरण तक पहुंचने के करीब है। प्रयोगशाला में बायोमास उत्पादकता विश्लेषण करने के लिए 2\u20125 L संस्कृति लें। प्रक्रिया और वांछित algal उत्पादों में शैवाल के बाकी परिवर्तित.
  2. इनोकुलम के रूप में शेष 25% शैवाल का उपयोग करके खुले रेसवे तालाब को फिर से बढ़ाएं। कुल रिएक्टर की मात्रा का 80% तक पानी जोड़ें, केंद्रित मीडिया जोड़ें, और फिर यदि आवश्यक हो तो रिएक्टर की अंतिम मात्रा तक भरना समाप्त करें।
  3. तापमान और प्रकाश तीव्रता की स्थिति के आधार पर, मौसम के अनुसार उपयुक्त शैवाल तनाव की खेती करें।

10. डेटा प्रबंधन

  1. डेटा लकड़हारा में डेटा रिकॉर्ड करें और चरण 7.3 के रूप में विश्लेषण के लिए एकत्रित करें।
  2. क्षेत्रीय Algal Feedstock Testbed (RAFT) साझा ड्राइव में कच्चे और विश्लेषण किए गए डेटा को सहेजने पर विचार करें। राफ्ट परियोजना सहयोगी अपने डेटा को अनुकरण करने और अल्गल उत्पादकता को मॉडल करने और बाहरी खेती को मान्य करने में योगदान करते हैं।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

हमारी प्रयोगशाला से पूर्व प्रयोगात्मक परिणामों से संकेत मिलता है कि एक अर्ध-स्वचालित खुले रेसवे तालाब का उपयोग करके सूक्ष्म शैवाल खेती को कार्बन कैप्चर प्रक्रियाओं के साथ जोड़ा जा सकता है। इन दो प्रक्रियाओं (चित्रा 2) के बीच तालमेल को बेहतर ढंग से समझने के लिए, हमने एक प्रोटोकॉल विकसित किया और इसे गर्म अर्धशुष्क जलवायु में बाहरी परिस्थितियों में हरी शैवाल प्रजातियों क्लोरेला सोरोकिनियाना की खेती के लिए तैयार किया। प्राकृतिक गैस फ्लू गैस एक औद्योगिक बिजली उत्पादन स्टेशन से प्राप्त की गई थी। यह प्रोटोकॉल अल्गल बायोमास उत्पादकता का आकलन करने के लिए विभिन्न प्रौद्योगिकियों का उपयोग करता है: (1) एक वास्तविक समय ऑप्टिकल घनत्व सेंसर (चित्रा 5) का उपयोग करके शैवाल विकास; (2) पीएच के एक समारोह के रूप में संस्कृति में फ्लू गैस ऑन-ऑफ पल्स इंजेक्शन के संबंध में शैवाल विकास (चित्रा 6 और चित्रा 7); और (3) तापमान, भंग ऑक्सीजन, और विद्युतचालकता (चित्रा 8 और चित्रा 9) जैसे पर्यावरणीय मापदंडों के साथ शैवाल विकास सहसंबंध।

हम एक वास्तविक समय ऑप्टिकल घनत्व सेंसर का परीक्षण करते हैं जो शैवाल विकास और शारीरिक गतिशीलता की निगरानी करता है। इस सेंसर ने हमें प्रयोगशाला सहसंबंध के माध्यम से, संबंधित राख मुक्त शुष्क वजन बायोमास (जी / एल) स्थापित करने की अनुमति दी। चित्रा 5 सेंसर और प्रयोगशाला माप के बीच एक तुलना दिखाता है। दोनों रीडिंग समान रुझान दिखाते हैं, समय के एक समारोह के रूप में बढ़ते हैं। हालांकि, इन-सीटू सेंसर रीडिंग दिन / रात शैवाल विकास चक्र को ट्रैक कर सकते हैं। कहा चक्र से पता चलता है कि ऑप्टिकल घनत्व मूल्यों में दिन के दौरान वृद्धि होती है लेकिन श्वसन के दौरान रात में कमी आती है, जो बायोमास उत्पादकता में बदलाव का संकेत देती है। वास्तविक समय ऑप्टिकल घनत्व सेंसर का एकीकरण समग्र शैवाल उत्पादन प्रणाली के बारे में प्रभावी प्रबंधन निर्णय लेना संभव बनाता है।

हम एक अर्ध-स्वचालित ऑन-ऑफ फ्लू गैस पल्स इंजेक्शन सिस्टम को तैनात करते हैं, जिसे टक्सन, एजेड में विशेष रूप से गर्म गिरावट के मौसम के दौरान मापा गया 24 एच फ्लू गैस इंजेक्शन चक्र द्वारा चित्रा 6 में दर्शाया गया है। जैसा कि चित्रा 6 में दिखाया गया है, फ्लू गैस को लगभग 8 बजे से शाम 6 बजे (दैनिक अवधि) तक इंजेक्ट किया गया था, लेकिन शाम 6 बजे से 8 बजे (निशाचर अवधि) के बीच इंजेक्ट नहीं किया गया था। यह दिन / रात चक्र दैनिक सूर्य के प्रकाश के संपर्क और रात के दौरान प्रकाश की कमी को दर्शाता है, और परिणामस्वरूप, क्रमशः प्रकाश संश्लेषण या फोटोरिसिपेरेशन की सक्रियता। चित्रा 7 इस अल्गल बैच के दौरान इंजेक्ट की गई संचयी फ्लू गैस इंजेक्टेड (एल) प्रस्तुत करता है। इस मामले में, 6,564 एल फ्लू गैस, 538 एल सीओ2 के अनुरूप, अल्गल बायोमास के 0.29 ग्राम उगाने के लिए उपयोग किया गया था। ग्राफ से पता चलता है कि जैसे-जैसे अल्गल विकास दर में वृद्धि हुई, अधिक फ्लू गैस (सीओ2) की आवश्यकता थी (चित्रा 6)। प्रयोगात्मक परिणामों ने पुष्टि की है कि ऑन-ऑफ फ्लू गैस पल्स इंजेक्शन सिस्टम सूक्ष्म शैवाल खेती के माध्यम से कार्बन कैप्चर और उपयोग को सुविधाजनक बनाने में प्रभावी है।

हम उनके और अल्गल विकास और उत्पादकता (चित्रा 8 और चित्रा 9) के बीच एक सहसंबंध स्थापित करने के लिए अन्य भौतिक-रासायनिक मापदंडों को मापते हैं और निगरानी करते हैं। मापा गया पर्यावरणीय मापदंडों भंग ऑक्सीजन, electroconductivity (ईसी), और दोनों हवा और तालाब के तापमान थे। जैसा कि अपेक्षित था, ईसी को छोड़कर सभी मापदंडों ने समान रुझान प्रदर्शित किए जो सौर विकिरण के साथ अत्यधिक सहसंबद्ध थे। परिणामों से संकेत मिलता है कि इन पर्यावरणीय चर का अल्गल विकास पर सबसे महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ा और अल्गल बायोमास मॉडलिंग35 के लिए उपयोग किया जाता है। बैच प्रक्रिया के दौरान ईसी में महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं हुआ। इस प्रकार, इसने अल्गल विकास के बारे में कोई प्रासंगिक जानकारी प्रदान नहीं की। गैर-खारा पानी का उपयोग करके क्लोरेला सोरोकिनियाना की खेती के लिए, ईसी माप को छोड़ा जा सकता है।

Figure 1
चित्रा 1: बिजली संयंत्र और सूक्ष्म शैवाल खेती के लिए अर्ध-स्वचालित खुले तालाब रिएक्टरों से कार्बन कैप्चर के युग्मन के लिए टक्सन इलेक्ट्रिक पावर में पायलट साइट स्थान। दो स्थानों का प्रतिनिधित्व इस प्रकार किया जाता है: 1) शैवाल साइट U3 (इकाई 3) और 2) शैवाल साइट U4 (इकाई 4) फोटो क्रेडिट: जोस मैनुअल Cisneros Vazquez। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्रा 2: कार्बन कैप्चर और अर्ध-स्वचालित खुले रेसवे तालाबों को गर्म अर्धशुष्क जलवायु में सूक्ष्म शैवाल खेती के लिए युग्मन के लिए प्रक्रिया प्रवाह चार्ट। (ए) ओपन रेसवे पैडलव्हील डिजाइन; (बी) वास्तविक प्रयोगात्मक सुविधा; (सी) प्रक्रिया: युग्मन कार्बन कैप्चर और माइक्रोएल्गी खेती वैन डेन हेंडे28 से संशोधित की गई। किंवदंतियों: टी = तापमान; DO = भंग ऑक्सीजन; OD = ऑप्टिकल घनत्व; EC = विद्युत चालकता; डेटा लकड़हारा. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्र 3: संवेदक सेट अप का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व। (A) समग्र आउटडोर ओपन-पॉन्ड सेंसर का प्रतिनिधित्व स्थापित किया गया है, जिसमें CV1 और CV2 नियंत्रण वाल्व हैं, DL डेटा लकड़हारा है, और T1 और T2 ट्रांसमीटर हैं। (बी) एक नियंत्रण वाल्व का प्रतिनिधित्व। (सी) डेटा लकड़हारा के लिए सेंसर कनेक्शन का प्रतिनिधित्व; गहरे नीले सर्कल: वास्तविक समय ऑप्टिकल घनत्व, नारंगी त्रिभुज: पीएच और ईसी, काले त्रिकोण: थर्मोकपल, लाल त्रिकोण: भंग ऑक्सीजन, हल्के नीले: नियंत्रण वाल्व। (डी) पीएच और ईसी ट्रांसमीटर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्रा 4: acclimation प्रक्रिया के तहत शैवाल. घातीय चरण के दौरान लकड़ी के पैलेट का उपयोग करके सूक्ष्म शैवाल अनुकूलन रणनीति। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्रा 5: शैवाल विकास की निगरानी का प्रतिनिधित्व। (ए) एएफडीडब्ल्यू बायोमास सांद्रता (जी / एल) बनाम प्रयोगशाला माप के समय के लिए ग्राफ; (बी) 650 एनएम पर ऑप्टिकल घनत्व सेंसर और प्रयोगशाला माप के बीच सहसंबंध के लिए ग्राफ; और (सी) एक प्रयोगात्मक बैच के लिए समय बनाम वास्तविक समय ऑप्टिकल घनत्व सेंसर के लिए ग्राफ। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 6
चित्रा 6: पीएच के एक fuction के रूप में फ्लू गैस पल्स इंजेक्शन पर / बंद के लिए ग्राफ़। डेटा लकड़हारा पीएच = 8.05 पर फ्लू गैस इंजेक्शन (नियंत्रित वाल्व पर) शुरू करने के लिए स्थापित किया गया था और पीएच = 8.00 पर फ्लू गैस इंजेक्शन (नियंत्रित वाल्व बंद) को समाप्त करने के लिए। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 7
चित्र 7: अल्गल वृद्धि (g/L), इंजेक्ट की गई फ्लू गैस की मात्रा, और समय के एक समारोह के रूप में इंजेक्ट किए गए CO2 की मात्रा के लिए ग्राफ़। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 8
चित्रा 8: तापमान की निगरानी का प्रतिनिधित्व। किंवदंतियों: ठोस पीली रेखा = raceway तालाब रिएक्टर तापमान; ठोस ग्रे लाइन = हवा का तापमान; और धराशायी नीली रेखा = AZMET स्टेशन तापमान (एरिजोना मौसम विज्ञान नेटवर्क). कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 9
चित्रा 9: शैवाल विकास मापदंडों की निगरानी। किंवदंतियों: नारंगी ठोस लाइन = सौर विकिरण; ग्रे ठोस रेखा = electroconductivy (ईसी); और पीली ठोस रेखा = भंग ऑक्सीजन (डीओ)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

घटक समाधान में सांद्रता (g/L)
H3BO3 0.00286
MnCl2·4H2O 0.00181
ZnSO4·7H2O 0.0001373
Na2MoO4·2H2O 0.00039
CuSO4·5H2O 0.000079
Co(NO3)2·6H2O 0.00005518
NiCl2·6 H2O 0.0001

तालिका 1: ट्रेस तत्वों समाधान नुस्खा.

घटक सामान्य नाम समाधान में सांद्रता (g/L)
(NH2) 2 सह यूरिया 0.1
MgSO4·7H2O मैग्नीशियम सल्फेट 0.012
NH4H2PO4 अमोनियम फॉस्फेट 0.035
KCl पोटैश 0.175
FeCl3 फेरिक साइट्रेट (Citraplex) 0.005423
ट्रेस धातु समाधान 1000x माइक्रोज़ (ml) की मात्रा 1

तालिका 2: 1 एल के लिए अनुकूलित मीडिया नुस्खा.

पूरक कोडिंग फ़ाइलें. इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए कृपया यहाँ क्लिक करें.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

इस अध्ययन में, हम प्रदर्शित करते हैं कि एक गर्म अर्ध-शुष्क जलवायु में सहक्रियात्मक रूप से युग्मन फ्लू गैस कार्बन कैप्चर और माइक्रोएल्गे खेती संभव है। अर्ध-स्वचालित रेसवे तालाब प्रणाली के लिए प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल वास्तविक समय में प्रासंगिक मापदंडों की निगरानी करने के लिए अत्याधुनिक तकनीक को एकीकृत करता है जो कार्बन स्रोत के रूप में फ्लू गैस का उपयोग करते समय अल्गल विकास से संबंधित है। प्रस्तावित प्रोटोकॉल का उद्देश्य अल्गल खेती में अनिश्चितता को कम करना है, जो रेसवे तालाबों 20,21,36 की मुख्य कमियों में से एक है। हमारे अनुभव में, प्रोटोकॉल के सबसे महत्वपूर्ण चरणों में पीएच नियंत्रण प्रणाली और सिस्टम को टीका लगाने के लिए एक प्रभावी तरीका शामिल है (चित्रा 2)। पीएच नियंत्रण प्रणाली फ्लू गैस / सीओ 2 प्रदान करती है और सीओ2 कैप्चर और उपयोग (चित्रा 3) 37 में दक्षता का अनुकूलन करने के लिए एक रणनीति का प्रतिनिधित्व करती है। यह नियंत्रित प्रणाली सूक्ष्म शैवाल खेती प्रक्रिया के लिए एक निरंतर इंजेक्शन प्रणाली की तुलना में अधिक कुशल साबित हुई है क्योंकि यह अधिकतम अल्गल विकास दर20,37 प्राप्त करने के लिए पर्याप्त फ्लू गैस प्रदान करते समय आउटगैसिंग को कम कर देती है। जब फ्लू गैस इंजेक्शन पीएच पर आधारित होता है, तो अल्गल खेती के लिए एक महत्वपूर्ण कारक रेसवे तालाब38,39 को टीका लगाने से पहले सूक्ष्म शैवाल प्रजातियों के लिए पर्याप्त पीएच मूल्य का चयन कर रहा है। Qiu et al.40 ने पाया कि 8 का पीएच मान ताजे पानी की प्रजातियों के लिए सबसे अच्छा है क्लोरेला सोरोकिनियानिया जब सेल विकास और लिपिड उत्पादन40 पर विचार किया जाता है। इसके अलावा, मोलिना ग्रिमा एट अल.41 नाइट्रोजन हानि को कम करने और माइक्रोएल्गे / बायोमास41 द्वारा बेहतर नाइट्रोजन अपटेक प्राप्त करने के लिए 8 से नीचे पीएच की सिफारिश करते हैं। हालांकि, युवराज एट अल.42 का सुझाव है कि पीएच पानी में सीओ2 सामग्री का मूल्यांकन करने के लिए एक उपयुक्त तरीका नहीं है क्योंकि माध्यम की अम्लता42 पर नाइट्रोजन निषेचन के प्रभाव के कारण। हमारे परिणामों से पता चलता है कि पीएच को यहां प्रस्तुत सिस्टम के लिए सीओ2 इंजेक्शन का प्रबंधन करने के लिए प्रभावी ढंग से उपयोग किया जा सकता है (चित्रा 6); हमारे फ्लू गैस इंजेक्शन प्रबंधन, जो पीएच 8 पर संस्कृति को रखा, उच्च बायोमास पैदावार और replicability (चित्रा 7) में परिणामस्वरूप.

टीकाकरण के बाद, शैवाल को फोटोइनहिबिशन से बचने और रेसवे मीडिया के उच्च तापमान को समायोजित करने के लिए सिस्टम के लिए अनुकूलित करना चाहिए। इस गर्म अर्ध-शुष्क जलवायु में, हमने उच्च सौर विकिरण39,43,44 (चित्रा 9) के कारण अल्गल फोटोहिबिशन देखा है। यह प्रभाव न केवल देरी कर सकता है, बल्कि घातीय चरण32,35,45,46,47 के दौरान सूक्ष्म शैवाल टीकाकरण को भी रोक सकता है। सूक्ष्म शैवाल पर acclimation के प्रभाव को कम करने के लिए, हम आंशिक रूप से लकड़ी के pallets के साथ raceway तालाब छायांकन से मिलकर एक सफल और व्यवहार्य रणनीति डिजाइन की. यह रणनीति सूक्ष्म शैवाल को बार-बार उजागर करने की अनुमति देती है, लेकिन सौर स्थितियों के लिए थोड़े समय के लिए। एक अन्य तनाव कारक फ्लू गैस का उच्च तापमान और परिवेशी हवा33,48 (चित्रा 8) है। फ्लू गैस का तापमान दहन के बाद के चरण 10,48,49 पर काफी अधिक है। रेसवे तालाब में भेजी गई पाइपलाइन से सीधे इंजेक्ट करके फ्लू गैस का उपयोग करना माध्यम के तापमान को और बढ़ाने में योगदान कर सकता है। इसलिए, कंप्रेसर से पहले स्थित पानी के जाल के बाद एक संघनित्र न केवल गर्मी हस्तांतरण को कम करेगा, बल्कि कंप्रेसर तक पहुंचने वाले पानी की मात्रा को भी कम करेगा (चित्रा 2)। हमने पाया कि कंप्रेसर विफलता दर को कम करने के लिए दोनों उपकरण आवश्यक थे। इसके अतिरिक्त, नमी, फ्लू गैस तापमान, और फ्लू गैस की संक्षारक प्रकृति पर विचार किया जाना चाहिए जब कंप्रेसर के जीवन चक्र और रखरखाव का अनुमान लगाया जाता है। इसके अलावा, उच्च तापमान उच्च वाष्पीकरण दर का कारण बनता है।

यह प्रोटोकॉल कुछ सीमाओं के अधीन है। चित्रा 6 के अनुसार, नियंत्रण वाल्व पर्याप्त फ्लू गैस को इंजेक्ट करने में सक्षम नहीं था जब प्रकाश संश्लेषण अपने चरम पर था। इस प्रभाव को रिएक्टर डिजाइन 5,16,50,51 के कारण गैसीय से तरल चरण में कम द्रव्यमान हस्तांतरण के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। मेंडोज़ा एट अल.36,52 और डी गोडोस एट अल.16 ने कहा कि रेसवे तालाबों में एक खराब गैस / तरल द्रव्यमान हस्तांतरण होता है, जो16,36,52 सबसे गंभीर डिजाइन बाधाओं में से एक का प्रतिनिधित्व करता है। उनके उथले चैनल डिजाइन गैस और संस्कृति माध्यम के बीच छोटे इंटरफ़ेस क्षेत्र के कारण सीओ2 द्रव्यमान हस्तांतरण को सीमित करते हैं, जो सीओ 2 ऑफ-गैसिंग (चित्रा 2) में वृद्धि का कारण बनता है। इस प्रकार, उपकरणों और उपन्यास विन्यास को गैस / तरल संपर्क समय को बढ़ाने के लिए प्रस्तावित किया गया है, जिसमें नाबदान, मिश्रण कॉलम, पारगम्य सिलिकॉन और स्पार्गिंग-प्रसार प्रणाली 36,52,53 शामिल हैं। इन सभी प्रणालियों का उपयोग सीओ2 बड़े पैमाने पर स्थानांतरण को बढ़ाने के प्रयास में किया गया है; हालांकि, इनमें से कुछ प्रणालियां पोषक तत्व वितरण में भी सुधार करती हैं, पीएच को नियंत्रित करती हैं, और अतिरिक्त ओ2 5,24,36,52 को हटा देती हैं। अंत में, आउटेज अन्य सीमाएं हैं जो बिजली संयंत्र से वास्तविक फ्लू गैस पर कब्जा करने और उपयोग करते समय उत्पन्न हो सकती हैं। ये आउटेज हमेशा शेड्यूल नहीं किए जाते हैं। इस प्रकार, सीओ2 के अस्थायी वैकल्पिक स्रोतों पर विचार किया जाना चाहिए, उदाहरण के लिए, सीओ2 मेनलाइन को एकाधिक पावर इकाइयों (चित्रा 1) से स्थानांतरित या कनेक्ट करना।

इस प्रोटोकॉल के साथ सूक्ष्म शैवाल का उत्पादन करने की क्षमता शैवाल उत्पादकता (चित्रा 5) पर हमारे परिणामों द्वारा समर्थित है, चयनित मापदंडों (चित्रा 6, चित्रा 8, चित्रा 9) के लिए अल्गल प्रतिक्रियाएं, और प्रत्यक्ष फ्लू गैस इंजेक्शन द्वारा पोषित होने पर वांछित अल्गल प्रजातियों की सफल खेती। खुले रिएक्टरों को संचालित करने के लिए सस्ता है, और इस प्रकार, यह प्रोटोकॉल कार्बन कैप्चर और उपयोग 16,20,54,55,56 के इस रूप की वाणिज्यिक पैमाने पर तैनाती में तेजी लाने के लिए उनकी ताकत पर बनाता है। यह गर्म अर्ध-शुष्क क्षेत्र उच्च सौर विकिरण और महत्वपूर्ण तापमान में उतार-चढ़ाव का अनुभव करता है साल भर (चित्रा 8 और चित्रा 9)57; इसलिए, इस तरह के प्रोटोकॉल का परीक्षण करने के लिए यह एक प्रमुख स्थान है। ऑप्टिकल घनत्व सेंसर ने हमारे आउटडोर ओपन सिस्टम (चित्रा 5) के लिए लगातार ओडी रीडिंग प्रदान की; इस प्रकार का डेटा संग्रह अन्य सेंसरों का उपयोग करके अव्यावहारिक होगा। इसके अलावा, सेंसर ने दिन से रात तक महत्वपूर्ण तापमान भिन्नताओं के लिए अच्छी तरह से प्रतिक्रिया दी (चित्रा 8), जिससे हमें समय पर अल्गल उत्पादकता निर्णय लेनेमें सक्षम बनाया जा सके। इसके अलावा, प्रस्तावित अनुकूलित माध्यम में वाणिज्यिक उर्वरक और आसानी से उपलब्ध पोषक तत्वों के स्रोतों पर आधारित होने का महत्वपूर्ण लाभहै 58 (तालिका 1 और 2); इस माध्यम को आसानी से इन-हाउस में उत्पादित किया जा सकता है या कृषि तरल उर्वरक कंपनियों के अनुरोध पर सोर्स किया जा सकताहै। अंत में, अर्ध-स्वचालित प्रोटोकॉल का परीक्षण एक अतिरिक्त प्राकृतिक गैस बिजली संयंत्र में किया गया था। उस पुष्टिकरण अध्ययन के परिणाम इस पेपर में प्रस्तुत नहीं किए गए हैं। उस पुष्टिकरण अध्ययन में, टक्सन में चरम मौसम की स्थिति और बिजली संयंत्र लेआउट के भीतर रिएक्टर के स्थान के कारण पीढ़ी स्टेशन पर असाधारण गर्म तापमान के बावजूद प्रोटोकॉल सफल रहा। इसलिए, टक्सन के पर्यावरण के लिए प्रोटोकॉल replicability की जांच की गई है जब प्राकृतिक गैस का उपयोग बिजली का उत्पादन करने के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है।

इस प्रोटोकॉल को और विकसित करने और इसमें शामिल प्रक्रियाओं के स्वचालन को बेहतर बनाने और बढ़ाने के लिए निम्नलिखित चरणों की सिफारिश की जाती है। पहली सिफारिश फ्लू गैस इंजेक्शन को पूरी तरह से परिवर्तनीय-दर प्रक्रिया बनाना है, इस प्रकार सीओ2 और पीएच प्रबंधन में सुधार करना है; वर्तमान कार्यक्रम पूरी तरह से इंजेक्शन वाल्व खोलता है जब पीएच 8 से ऊपर उठता है और जब पीएच फिर से 8 तक पहुंचता है तो इसे बंद कर देता है। जिस तरह से सीओ2 इंजेक्ट किया जाता है, उसमें सुधार करना भी आवश्यक है। इसका उद्देश्य सीओ2 बुलबुले के आकार को कम करना है, यानी, उच्च दबाव पर फ्लू गैस को इंजेक्ट किए बिना माध्यम में सीओ2 प्रसार को बढ़ाने के लिए माइक्रोबबल्स उत्पन्न करना है। बेहतर इंजेक्टर का उपयोग करना, इस प्रकार परिचालन ऊर्जा लागत को कम करना, प्रोटोकॉल के वाणिज्यिक अनुप्रयोग में आवश्यक माना जाता है। एन उपयोग दक्षता में सुधार करने के लिए फ्लू गैस और उर्वरक, मुख्य रूप से एन को नियंत्रित करने के लिए मौसम के पूर्वानुमान और वर्तमान सूक्ष्म शैवाल की स्थिति के आधार पर पूर्वानुमानित उपकरणों को शामिल करने की भी सिफारिश की जाती है। कम्प्यूटेशनल द्रव गतिशील मॉडलिंग के उपयोग को प्रस्तावित प्रोटोकॉल को आगे विकसित करने में एक महत्वपूर्ण उपकरण माना जाता है; मॉडलिंग माइक्रोएल्गी की निगरानी और प्रबंधन में शामिल सभी हार्डवेयर के डिजाइन, कॉन्फ़िगरेशन और संचालन को अनुकूलित करने में मदद कर सकती है। एक अन्य क्षेत्र जिसे भविष्य में खोजा जा सकता है, वह है पर्यावरणीय डीएनए (ईडीएनए) और वास्तविक समय पीसीआर तकनीकों का आवेदन जो सूक्ष्म शैवाल फसल के स्वास्थ्य और संरचना की निगरानी करने के लिए है। पानी के नमूनों का विश्लेषण किया जा सकता है, और परिणाम इंगित करेंगे कि उद्देश्य सूक्ष्म शैवाल माध्यम में प्रमुख प्रजातियां हैं या क्या यह प्रतिस्पर्धा कर रहा है या एक अलग जीव द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

इस काम को क्षेत्रीय अल्गल फीडस्टॉक टेस्टबेड परियोजना, अमेरिकी ऊर्जा विभाग DE-EE0006269 के माध्यम से समर्थित किया गया था। हम भी Esteban Jimenez, जेसिका Peebles, फ्रांसिस्को Acedo, जोस Cisneros, राफ्ट टीम, मार्क Mansfield, यूए बिजली संयंत्र कर्मचारियों, और टीईपी बिजली संयंत्र के कर्मचारियों को उनकी सभी मदद के लिए धन्यवाद.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Adjustable speed motor (paddle wheel system) Leeson 174307 Lesson 174307.00, type: SCR Voltage; Amps:10
Aluminum weight boats Fisher Scientific 08-732-102 Fisherbrand Aluminum Weighing Dishes
Ammonium Iron (III) (NH?)?[Fe(C?H?O?)?] Fisher Scientific 1185 - 57 - 5 Medium preparation. Ammonium iron(III) citrate
Ammonium Phosphate Sigma-Aldrich 7722-76-1 This chemical is used for the optimized medium
Ampicillin sodium salt Sigma Aldrich A9518-5G This chemical is used for avoiding algae contamination
Autoclave Amerex Instrument Inc Hirayama HA300MII
Bacto agar Fisher Scientific BP1423500 Fisher BioReagents Granulated Agar
Bleach Clorox Germicidal Bleach, concentrated clorox
Boric Acid (H3BO3) Fisher Scientific 10043-35-3 Trace Elelements: Boric acid
Calcium chloride dihydrate (CaCl2*2H2O) Sigma-Aldrich 10035-04-8 Medium preparation. Calcium chloride dihydrate
Carboys (20 L) Nalgene - Thermo Fisher Scientific 2250-0050PK Polypropylene Carboy w/Handles
Centrifuge Beckman Coulter, Inc J2-21
Chloroform Sigma-Aldrich 67-66-3 This chemical is used for lipid extraction
Citraplex 20% Iron Loveland Products SDS No. 1000595582 -17-LPI https://www.fbn.com/direct/product/Citraplex-20-Iron#product_info
Cobalt (II) nitrate hexahydrate (Co(NO3)2*6H2O) Sigma-Aldrich 10026-22-9 Trace Elements: Cobalt (II) nitrate hexahydrate
Compressor Makita MAC700 This equipment is used for the injection CO2 system
Control Valve Sierra Instruments SmartTrak 100 This item needs to be customized for your application. In our case, it was used a 5% CO2 and 95% air mixture.
Copper (II) Sulfate Pentahydrate (CuSO4*5H2O) Sigma-Aldrich 7758-99-8 Trace Elements: Copper (II) Sulfate Pentahydrate
Data Logger: Campbell unit CR3000 Scientific Campbell CR3000 This equipment is used for controlling all the system, motoring and recording data
Dissolvde Oxygen Solution Campbell Scientific 14055 Dissolved oxygen electrolyte solution DO6002 - Lot No. 211085
Dissolved Oxygen probe Sensorex ? DO6400/T Dissolved Oxygen Sensor with Digital Communication
Electroconductivity calibration solution Ricca Chemical Company 2245 - 32 ( R2245000-1A ) Conductivity Standard, 5000 uS/cm at 25C (2620 ppm TDS as NaCl)
Electroconductivity probe sensor Hanna Instruments HI3003/D Flow-thru Conductivity Probe - NTC Sensor, DIN Connector, 3m Cable
Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate (Na2EDTA*2H2O) Sigma-Aldrich 6381-92-6 Medium Preparation: Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate
Filters Fisher Scientific 09-874-48 Whatman Binder-Free Glass Microfiber Filters
Flasks Fisher scientific 09-552-40 Pyrex Fernbach Flasks
Furnace Hogentogler Model: F6020C-80 Thermo Sicentific Thermolyne F6020C - 80 Muffle Furnace
Glass dessicator VWR International LLC 75871-430 Type 150, 140 mm of diameter
Glass funnel Fisher Scientific FB6005865 Fisherbrand Reusable Glass Long-Stem Funnels
Laminar flow hood Fisher Hamilton Safeair Fisher Hamilton Stainless Safeair hume hood
Magnesium sulfate heptahydrate (MgSO4*7H2O) Fisher Scientific 10034 - 99 - 8 Medium Preparation: Magnesium sulfate heptahydrate
Methanol Sigma-Aldrich 67-56-1 Lipid extraction solvent
Micro bubble Diffuser Pentair Aquatic Eco-Systems 1PMBD075 This equipment is used for the injection CO2 system
Microalgae: Chlorella Sorokiniana NAABB DOE 1412
Microoscope Carl Zeiss 4291097
Microwave assistant extraction MARS, CEM Corportation CEM Mars 5 Xtraction 230/60 Microwave Accelerated Reaction System. Model: 907601
MnCl2*4H2O Sigma-Aldrich 13446-34-9 Manganese(II) chloride tetrahydrate
Mortars Fisher Scientific FB961B Fisherbrand porcelein mortars
Nitrogen evaporator Organomation N-EVAP 112 Nitrogen Evaporatpr (OA-SYS Heating System)
Oven VWR International LLC 89511-410 Forced Air Oven
Paddle Wheel 8-blade horizontal axis propeller. This usually comes as part of the paddlewheel reactor.
Paddle wheel motor Leeson M1135042.00 Leeson, Model: CM34025Nz10C; 1/4 HP; Volts 90; FR 34; 62 RPM.
Pestles Fisher Scientific FB961M Fisherbrand porcelein pestles
pH and EC Transmitter Hanna Instruments HI98143 Hanna Instruments HI98143-04 pH and EC Transmitter with Galvanic isolated 0-4V.
pH calibration solutions Fisher Scientific 13-643-003 Thermo Scientific Orion pH Buffer Bottles
pH probe sensor Hanna Instruments HI1006-2005 Hanna Instruments HI1006-2005 Teflon pH Electrode with matching pin 5m.
Pippete tips Fisher Scientific 1111-2821 1000 ul TipOne graduated blue tip in racks
Pippetter Fisher Scientific 13-690-032 Eppendorf Reserch plus Variable Adjustable Volume Pipettes: Single-channel
Plastic cuvettes Fisher scientific 14377017 BrandTech BRAND Plastic Cuvettes
Plates Fisher scientific 08-757-100D Corning Falcon Bacteriological Petri Dishes with Lid
Potash This chemical is used for the optimazed medium preparation. It was bought in a fertilizer local company
Potassium phosphate dibasic (K2HPO4) Sigma-Aldrich 7758 -11 - 4 Medium Preparation: Potassium phosphate dibasic
Pyrex reusable Media Storage Bottles Fisher scientific 06-414-2A 1 L and 2 L bottels - PYREX GL45 Screw Caps with Plug Seals
Raceway Pond Similar equipment can be bought at https://microbioengineering.com/products
Real Time Optical Density Sensor University of Arizona This equipment was design and build by a member of the group
RS232 Cable Sabrent Sabrent USB 2.0 to Serial (9-Pin) DB-9 RS-232 Converter Cable, Prolific Chipset, Hexnuts, [Windows 10/8.1/8/7/VISTA/XP, Mac OS X 10.6 and Above] 2.5 Feet (CB-DB9P)
Shaker Table Algae agitation 150 rpm
Sodium Carbonate (Na2CO3) Sigma-Aldrich 497-19-8 Sodium carbonate
Sodium molybdate dihydrate (Na2MoO4*2H2O) Sigma-Aldrich 10102-40-6 Medium Preparation: Sodium molybdate dihydrate
Sodium nitrate (NaNO3) Sigma-Aldrich 7631-99-4 Medium Preparation: Sodium nitrate
Spectophotometer Fisher Scientific Company 14-385-400 Thermo Fisher Scientific - 10S UV-Vis GENESTYS Spectrophotometer cylindrical Longpath cell holder; internal reference dectector, Xenon flash lamp; dual silicon photodiode; 240V, 50 to 60Hz selected automatically.
Test tubes Fisher Scientific 14-961-27 Fisherbrand Disposable Borosilicate Glass Tubes with Plain End (10 ml)
Thermocouples type K Omega KMQXL-125G-6
Urea Sigma-Aldrich 2067-80-3 Urea
Vacuum filtration system Fisher Scientific XX1514700 MilliporeSigma Glass Vacuum Filter Holder, 47 mm. The system includes: Ground glass flask attachment, coarse-frit glass filter support, and flask
Vacuum pump Grainger Marathon Electric AC Motor Thermally protected G588DX - MOD 5KH36KNA510X. HP 1/4. RPM 1725/1425
Zinc sulfate heptahydrate (ZnSO4*7H2O) Sigma-Aldrich 7446-20-0 Zinc sulfate heptahydrate

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. The Intergovernmental Panel on Climate Change. , Available from: https://www.ipcc.ch/ (2018).
  2. Songolzadeh, M., Soleimani, M., Ravanchi, M., Songolzadeh, R. Carbon Dioxide Separation from Flue Gases: A Technological, Review Emphasizing Reduction in Greenhouse Gas Emissions. The Scientific World Journal. 2014, 1-34 (2014).
  3. Litynski, J., Klara, S., McIlvried, H., Srivastava, R. The United States Department of Energy's Regional Carbon Sequestration Partnerships program: A collaborative approach to carbon management. Environ International. 32 (1), 128-144 (2006).
  4. Cuellar-Bermudez, S., Garcia-Perez, J., Rittmann, B., Parra-Saldivar, R. Photosynthetic Bioenergy Utilizing CO2: an Approach on Flue Gases Utilization for Third Generation Biofuels. Journal of Clean Production. 98, 53-65 (2014).
  5. Cheah, W., Show, P., Chang, J., Ling, T., Juan, J. Biosequestration of Atmospheric CO2 and Flue Gas-Containing CO2 by Microalgae. Bioresource Technology. 184, 190-201 (2014).
  6. Kao, C., et al. Utilization of Carbon Dioxide in Industrial Flue Gases for the Cultivation of Microalga Chlorella sp. Bioresource Technology. 166, 485-493 (2014).
  7. White, C., Strazisar, B., Granite, E., Hoffman, S., Pennline, H. Separation and Capture of CO2 from Large Stationary Sources and Sequestration in Geological Formations. Journal of the Air and Waste Management Association. 53 (10), 1172-1182 (2003).
  8. Benemann, J. CO2 Mitigation with Microalgae Systems. Pergamon Energy Conversion Management Journal. 38, 475-479 (1997).
  9. U.S.Department of Energy. The Capture , Utilization and Disposal of Carbon Dioxide from Fossil Fuel-Fired Power Plants. Energy. 2, (1993).
  10. Granite, E., O'Brien, T. Review of Novel Methods for Carbon Dioxide Separation from Flue and Fuel Gases. Fuel Processesing Technology. 86 (14-15), 1423-1434 (2005).
  11. Benemann, J. Utilization of Carbon Dioxide from Fossil Fuel-Burning Power Plants with Biological Systems. Energy Conversion and Management. 34 (9-11), 999-1004 (1993).
  12. Joshi, C., Nookaraju, A. New Avenues of Bioenergy Production from Plants: Green Alternatives to Petroleum. Journal of Petroleum & Environmental Biotechnology. 03 (07), 3 (2012).
  13. Chisti, Y. Constraints to commercialization of algal fuels. Journal of Biotechnology. 22, 166-186 (2013).
  14. Han, S., Jin, W., Tu, R., Wu, W. Biofuel production from microalgae as feedstock: current status and potential. Critical Reviews in Biotechnology. 35 (2), 255-268 (2015).
  15. Lam, M., Lee, K. Potential of using organic fertilizer to cultivate Chlorella vulgaris for biodiesel production. Applied Energy. 94, 303-308 (2012).
  16. de Godos, I., et al. Evaluation of carbon dioxide mass transfer in raceway reactors for microalgae culture using flue gases. Bioresource Technology. 153, 307-314 (2014).
  17. Posten, C., Schaub, G. Microalgae and terrestrial biomass as source for fuels a process view. Journal of Biotechnology. 142 (1), 64-69 (2009).
  18. Demirbas, M. Biofuels from algae for sustainable development. Applied Energy. 88 (10), 3473-3480 (2011).
  19. Shelef, G., Sukenik, A., Green, M. Microalgae Harvesting and Processing A Literature Review. , (1984).
  20. Pawlowski, A., Mendoza, J., Guzmán, J., Berenguel, J., Acién, F., Dormido, S. Effective utilization of flue gases in raceway reactor with event-based pH control for microalgae culture. Bioresource Technology. 170, 1-9 (2014).
  21. Zhu, B., Sun, F., Yang, M., Lu, L., Yang, G., Pan, K. Large-scale biodiesel production using flue gas from coal-fired power plants with Nannochloropsis microalgal biomass in open raceway ponds. Bioresource Technology. 174, 53-59 (2014).
  22. Kaštánek, F., et al. In-field experimental verification of cultivation of microalgae Chlorella sp. using the flue gas from a cogeneration unit as a source of carbon dioxide. Waste Management & Research. 28 (11), 961-966 (2010).
  23. Yadav, G., Karemore, A., Dash, S., Sen, R. Performance evaluation of a green process for microalgal CO2 sequestration in closed photobioreactor using flue gas generated in-situ. Bioresource Technology. 191, 399-406 (2015).
  24. Zhao, B., Su, Y., Zhang, Y., Cui, G. Carbon dioxide fixation and biomass production from combustion flue gas using energy microalgae. Energy. 89, 347-357 (2015).
  25. He, L., Chen, A., Yu, Y., Kucera, L., Tang, Y. Optimize Flue Gas Settings to Promote Microalgae Growth in Photobioreactors via Computer Simulations. Journal of Visualized Experiments. (80), e50718 (2013).
  26. He, L., Subramanian, V., Tang, Y. Experimental analysis and model-based optimization of microalgae growth in photo-bioreactors using flue gas. Biomass and Bioenergy. 41, 131-138 (2012).
  27. Pidwirny, M. Fundamentals of Physical Geography, 2nd ed. , (2006).
  28. Van Den Hende, S., Vervaeren, H., Boon, N. Flue gas compounds and microalgae: (Bio-) chemical interactions leading to biotechnological opportunities. Biotechnology Advances. 30 (2012), 1405-1424 (2012).
  29. Jia, F., Kacira, M., Ogden, K. Multi-wavelength based optical density sensor for autonomous monitoring of microalgae. Sensors (Switzerland). 15 (9), 22234-22248 (2015).
  30. Unkefer, C., et al. Review of the algal biology program within the National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts. Algal Research. 22, 187-215 (2017).
  31. Neofotis, P., et al. Characterization and classification of highly productive microalgae strains discovered for biofuel and bioproduct generation. Algal Research. 15, 164-178 (2016).
  32. Huesemann, M., Van Wagenen, J., Miller, T., Chavis, A., Hobbs, S., Crowe, B. A screening model to predict microalgae biomass growth in photobioreactors and raceway ponds. Biotechnology Bioengineering. 110 (6), 1583-1594 (2013).
  33. Huesemann, M., et al. Estimating the Maximum Achievable Productivity in Outdoor Ponds: Microalgae Biomass Growth Modeling and Climate Simulated Culturing. Microalgal Production for Biomass and High-Value Products. 28 (2016), 113-137 (2016).
  34. Ramezan, M., Skone, T., Nsakala, N., Lilijedahl, G. Carbon Dioxide Capture from Existing Coal-Fired Power Plants. , 268 (2007).
  35. Huesemann, M., et al. A validated model to predict microalgae growth in outdoor pond cultures subjected to fluctuating light intensities and water temperatures. Algal Research. 13, 195-206 (2016).
  36. Mendoza, J., et al. Fluid-dynamic characterization of real-scale raceway reactors for microalgae production. Biomass and Bioenergy. 54, 267-275 (2013).
  37. Algae Cultivation for Carbon Capture and Utilization Workshop. Algae Cultivation for Carbon Capture and Utilization Workshop. , (2017).
  38. Park, J., Craggs, R., Shilton, A. Wastewater treatment high rate algal ponds for biofuel production. Bioresource Technology. 102 (1), 35-42 (2011).
  39. Mata, T., Martins, A., Caetano, N. Microalgae for biodiesel production and other applications: A review. Renewewable and Sustainable Energy Reviews. 14 (1), 217-232 (2010).
  40. Qiu, R., Gao, S., Lopez, P., Ogden, K. Effects of pH on cell growth, lipid production and CO2 addition of microalgae Chlorella sorokiniana. Algal Research. 28, 192-199 (2017).
  41. Molina Grima, E., Fernández, F., Garcıa Camacho, F., Chisti, Y. Photobioreactors: light regime, mass transfer, and scaleup. Journal of Biotechnology. 70 (1-3), 231-247 (1999).
  42. Padmanabhan, Y. P. Technical insight on the requirements for CO2-saturated growth of microalgae in photobioreactors. 3 Biotech. 7 (2), 1-7 (2017).
  43. Vonshak, A., Torzillo, G. Environmental Stress Physiology. Handbook of Microalgal Culture. 4 (2007), Chapter 4 57-82 (2007).
  44. Morales, M., Sánchez, L., Revah, S. The impact of environmental factors on carbon dioxide fixation by microalgae. Federation of European Microbiological Society Microbiology Letters. 365 (3), 1-11 (2018).
  45. Cuaresma, M., Janssen, M., Vílchez, C., Wijffels, R. Horizontal or vertical photobioreactors? How to improve microalgae photosynthetic efficiency. Bioresource Technology. 102 (8), 5129-5137 (2011).
  46. Richmond, A., Zou, N. Efficient utilisation of high photon irradiance for mass production of photoautotrophic micro-organisms. Journal of Applied Phycology. 11 (1), 123-127 (1999).
  47. Kurpan, D., Silva, A., Araújo, O., Chaloub, R. Impact of temperature and light intensity on triacylglycerol accumulation in marine microalgae. Biomass and Bioenergy. 72, 280-287 (2015).
  48. Maedal, K., Owadai, M., Kimura, N., Karubd, I. CO2 fixation from the flue gas on coal-fired thermal power plant by microalgae To screen microalgac which arc suitable for direct CO2 fixation , microalgae were sampled from. Energy Conversion Managment. 36 (6-9), 717-720 (1995).
  49. Sakai, N., Sakamoto, Y., Kishimoto, N., Chihara, M., Karube, I. Strain from Hot Springs Tolerant to High Temperature and high CO2. Energy Conversion Managment. 36 (6-9), 693-696 (1995).
  50. Lam, M., Lee, K., Mohamed, A. Current status and challenges on microalgae-based carbon capture. International Journal of Greenhouse Gas Control. 10, 456-469 (2012).
  51. Raeesossadati, M., Ahmadzadeh, H., McHenry, M., Moheimani, N. CO2 Bioremediation by Microalgae in Photobioreactors: Impacts of Biomass and CO2 Concentrations, Light, and Temperature. Algal Research. 6, 78-85 (2014).
  52. Mendoza, J., et al. Oxygen transfer and evolution in microalgal culture in open raceways. Bioresource Technology. 137, 188-195 (2013).
  53. Carvalho, A., Malcata, F., Meireles, A. Microalgal Reactors A Review of Enclosed System Designs and Performances. Biotechnology Progress. 22 (6), 1490-1506 (2006).
  54. Pires, J., Alvim-Ferraz, M., Martins, F., Simões, M. Carbon dioxide capture from flue gases using microalgae: Engineering aspects and biorefinery concept. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 16 (5), 3043-3053 (2012).
  55. Lam, M., Lee, K. Microalgae biofuels: A critical review of issues, problems and the way forward. Biotechnology Advances. 30 (3), 673-690 (2012).
  56. Chisti, Y. Biodiesel from microalgae beats bioethanol. Trends in Biotechnology. 26 (3), 126-131 (2008).
  57. K̈oppen, W., Volken, E., Brönnimann, S. The Thermal Zones of the Earth According to the duration of Hot, Moderate and Cold Periods and to the Impact of Heat on the Organic. Meteorologische Zeitschrift. 20 (3), 351-360 (2011).
  58. Lammers, P., et al. Review of the Cultivation Program within the National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts. Algal Research. 22, 166-186 (2017).

Tags

पर्यावरण विज्ञान अंक 162 पर्यावरण आउटडोर सूक्ष्म शैवाल खेती raceway तालाबों कार्बन पर कब्जा कार्बन उपयोग औद्योगिक फ्लू गैस Chlorella sorokiniana
युग्मन कार्बन कैप्चर एक पावर प्लांट से अर्ध-स्वचालित ओपन रेसवे पॉन्ड्स के साथ माइक्रोएल्गी खेती के लिए
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Acedo, M., Gonzalez Cena, J. R.,… More

Acedo, M., Gonzalez Cena, J. R., Kiehlbaugh, K. M., Ogden, K. L. Coupling Carbon Capture from a Power Plant with Semi-automated Open Raceway Ponds for Microalgae Cultivation. J. Vis. Exp. (162), e61498, doi:10.3791/61498 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter