Summary
En protokoll er beskrevet for å utnytte karbondioksidet i naturgasskraftverkets røykgass for å dyrke mikroalger i åpne racerbanedammer. Røykgassinjeksjon styres med en pH-sensor, og mikroalgevekst overvåkes med sanntidsmålinger av optisk tetthet.
Abstract
I USA kommer 35% av de totale karbondioksidutslippene (CO2) fra den elektriske kraftindustrien, hvorav 30% representerer naturgass elektrisitetsproduksjon. Mikroalger kan biofix CO2 10 til 15 ganger raskere enn planter og konvertere algebiomasse til produkter av interesse, for eksempel biodrivstoff. Dermed presenterer denne studien en protokoll som demonstrerer de potensielle synergiene av mikroalgedyrking med et naturgasskraftverk som ligger i det sørvestlige USA i et varmt halvtørrt klima. Toppmoderne teknologier brukes til å forbedre karbonfangst og -utnyttelse via den grønne algearten Chlorella sorokiniana, som kan behandles videre til biodrivstoff. Vi beskriver en protokoll som involverer en halvautomatisk åpen racerbanedamme og diskuterer resultatene av ytelsen da den ble testet ved Tucson Electric Power-anlegget i Tucson, Arizona. Røykgass ble brukt som hovedkarbonkilde for å kontrollere pH, og Chlorella sorokiniana ble dyrket. Et optimalisert medium ble brukt til å dyrke alger. Mengden CO2 som ble lagt til systemet som en funksjon av tid ble nøye overvåket. I tillegg ble andre fysisk-kjemiske faktorer som påvirker algevekstraten, biomasseproduktiviteten og karbonfikseringen overvåket, inkludert optisk tetthet, oppløst oksygen (DO), elektroledningsevne (EC) og luft- og damtemperaturer. Resultatene indikerer at et mikroalgeutbytte på opptil 0,385 g / l askefri tørrvekt er oppnåelig, med et lipidinnhold på 24%. Ved å utnytte synergistiske muligheter mellom CO 2-emittere og algebønder kan de ressursene som kreves for å øke karbonfangsten samtidig som de støtter bærekraftig produksjon av algebiodrivstoff og bioprodukter.
Introduction
Global oppvarming er et av de viktigste miljøspørsmålene verden står overfor i dag1. Studier tyder på at hovedårsaken er økningen i klimagassutslipp, hovedsakelig CO2, i atmosfæren på grunn av menneskelig aktivitet 2,3,4,5,6,7. I USA stammer den største tettheten av CO2-utslipp hovedsakelig fra forbrenning av fossilt brensel i energisektoren, spesielt elektriske kraftproduksjonsanleggpå 3,7,8,9. Dermed har teknologier for karbonfangst og -utnyttelse (CCU) dukket opp som en av de viktigste strategiene for å redusere klimagassutslippenemed 2,7,10. Disse inkluderer biologiske systemer som bruker sollys for å konvertere CO2 og vann via fotosyntese, i nærvær av næringsstoffer, til biomasse. Bruk av mikroalger er foreslått på grunn av den raske vekstraten, høy CO 2-fikseringsevne og høy produksjonskapasitet. I tillegg har mikroalger et bredt bioenergipotensial fordi biomassen kan omdannes til produkter av interesse, for eksempel biodrivstoff som kan erstatte fossilt brensel 7,9,10,11,12.
Mikroalger kan vokse og oppnå biologisk konvertering i en rekke dyrkingssystemer eller reaktorer, inkludert åpne racerbanedammer og lukkede fotobioreaktorer 13,14,15,16,17,18,19. Forskere har studert fordelene og begrensningene som bestemmer bioprosessens suksess i begge dyrkingssystemene, under enten innendørs eller utendørs forhold 5,6,16,20,21,22,23,24,25 . Åpne racerbanedammer er de vanligste dyrkingssystemene for karbonfangst og -utnyttelse i situasjoner der røykgass kan distribueres direkte fra stabelen. Denne typen dyrkingssystem er relativt billig, er lett å skalere opp, har lave energikostnader og har lave energibehov for blanding. I tillegg kan disse systemene enkelt samlokaliseres med kraftverket for å gjøre CCU-prosessen mer effektiv. Det er imidlertid noen ulemper som må vurderes, for eksempel begrensningen i CO2 gass/ væskemasseoverføring. Selv om det er begrensninger, har åpne racerbanedammer blitt foreslått som det mest passende systemet for utendørs mikroalgal biodrivstoffproduksjon 5,9,11,16,20.
I denne artikkelen beskriver vi en metode for mikroalgedyrking i åpne racerbanedammer som kombinerer karbonfangst fra røykgassen til et naturgasskraftverk. Metoden består av et halvautomatisk system som styrer røykgassinjeksjon basert på kulturen pH; systemet overvåker og registrerer Chlorella sorokiniana kulturstatus i sanntid ved hjelp av optisk tetthet, oppløst oksygen (DO), elektroledningsevne (EC) og luft- og damtemperatursensorer. Algebiomasse- og røykgassinjeksjonsdata samles inn av en datalogger hvert tiende minutt på Tucson Electric Power-anlegget. Vedlikehold av algerstamme, oppskalering, kvalitetskontrollmålinger og biomassekarakterisering (f.eks. korrelasjon mellom optisk tetthet, g/L og lipidinnhold) utføres i et laboratorium ved University of Arizona. En tidligere protokoll skisserte en metode for optimalisering av røykgassinnstillinger for å fremme mikroalgevekst i fotobioreaktorer via datasimulering26. Protokollen som presenteres her er unik ved at den benytter åpne racerbanedammer og er designet for å implementeres på stedet ved et naturgasskraftverk for å gjøre direkte bruk av røykgassen som produseres. I tillegg er målinger av optisk tetthet i sanntid en del av protokollen. Systemet som beskrevet er optimalisert for et varmt semiaridklima (Köppen BSh), som viser lav nedbør, betydelig variasjon i nedbør fra år til år, lav relativ luftfuktighet, høye fordampningshastigheter, klar himmel og intens solstråling27.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Vekstsystem: utendørs åpne raceway daminnstillinger
- Sett opp de åpne racerbanedammene nær røykgasskilden (som inneholder 8–10 % CO2). Sørg for at vann og elektrisitet er tilgjengelig ved damreaktorens plassering, og at reaktoren ikke er i skyggen mesteparten av dagen (figur 1).
- Fang røykgass under etterforbrenningsprosessen ved hjelp av en 0,95 cm drivstoffslange, noen få meter før røykgassen kommer inn i stabelen som skal slippes ut i atmosfæren (figur 2).
- Fjern vann fra røykgassen ved hjelp av en 20 L vannlås og en kondensator (spolelengde ~12 m) mellom stabelen og kompressoren (figur 2).
MERK: Røykgass inneholder vanligvis ca. 9\u201213,8% vann28. I tillegg kjøler kondensatoren og rørledningen røykgassen16. - Koble følgende sensorer til en datalogger for å overvåke algevekst: (1) en sanntids optisk tetthetssensor29, som måler absorbans ved to bølgelengder – 650 og 750 nm – og kan oppdage en maksimal algecellekonsentrasjon på 1,05 g/l; (2) en DO-sensor; (3) luft og dam termoelementer; (4) en pH-sensor; og (5) en EC-sensor.
MERK: I tillegg er pH- og EC-sensorene koblet til en sender. Konfigurasjonen av dataloggenheten vises i figur 3. - Forsikre deg om at alle komponentene i algevekstsystemet er kalibrert og fungerer riktig før inokulering.
2. pH-kontrollsystem
- Administrer røykgassinjeksjon ved hjelp av en kompressor, et reguleringsventilsystem og dataloggerprogrammet, som vist i figur 2 og figur 3 (tilleggsmateriale A).
- Bruk et rør til å lede røykgassen fra reguleringsventilen til bunnen av racerbanedammen gjennom en steindiffusor.
- Injiser røykgassen i vekstsystemet basert på pH. Når pH-verdien er større enn 8,05, vil systemet injisere røykgass, mens når pH er mindre enn 8,00, vil systemet stoppe røykgassinjeksjonen i perioder uten vekst. Strømningshastigheten måles i standard liter per minutt (SLPM).
MERK: I reguleringsventilen er innløpsrørgasstrykket begrenset til maksimalt 50 psi.
3. Valg av alger og belastningsvedlikehold (lys og temperatur)
MERK: De grønne alger Chlorella sorokiniana DOE 1412 ble isolert av Juergen Polle (Brooklyn College)30,31 og valgt av National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts (NAABB); utvalget var basert på de tidligere belastningskarakteriseringsstudiene utført av Huesemann et al.32,33 . Deres forskning på algescreening, biomasseproduktivitet og klimasimulert culturing (f.eks. temperatur og lys) i Sørvest-regionen ved bruk av utendørs åpne racerbanedammer informerte metoden som ble brukt i dette prosjektet.
- Oppretthold kulturer ved romtemperatur (25 °C) ved hjelp av en lys-/mørk syklus på 12 timer/ 12 timer.
- Hold lysintensiteten på 200 μM/m2/s for kulturvedlikehold dyrket på tallerkener og i små flytende kulturer (50 ml til 500 ml).
- Hold lysintensiteten for oppskalert i flytende kulturer 50 ml til 500 ml ved 400 μM/m2/s, og flytende kulturer 5 L til 20 L ved 600\u2012800 μM/m2/s.
4. Oppskalering og kvalitetskontroll
- Forbered BG11-kulturmediet ved hjelp av deionisert vann og følgende salter, for makronæringsstoffer, i g/L: 1,5 NaNO3, 0,04 K2HPO4, 0,075 MgSO4*H2O, 0,036 CaCl2*H2O, 0,006 (NH4)5Fe(C6H4O7)2, 0,006 Na2EDTA*2H2O, 0.02 Na2CO3; tilsett 1 ml/l sporelementløsning, som inneholder følgende mikronæringsstoffer i g/L: 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.
MERK: For plate inokulering og/eller langtidslagring, tilsett 7,5 g/l Bacto agar; For kultur inokulasjon er det ikke nødvendig med agar. Steriliser kulturmediet i autoklaven i 21 min ved 121 °C. - Hell BG11-mediet med agar i Petri-retter i en steril laminær strømningshette eller biosikkerhetsskap. Når platene er faste og kule, pipette 500 μL fra en re-suspendert frossen alge lagerkultur og legge ampicillin (100 μg / ml); inkuber algeplatene i et shakerbord (120 rpm) i 1 til 2 uker.
- Bruk en steril sløyfe for å velge en enkelt algekoloni fra en kulturplate og inokulere den i et 50 ml rør som inneholder sterilt vekstmedium i et rent biosikkerhetsskap. Vokse den lille flytende kulturen på et shakerbord (120 rpm) i en uke.
- Overfør 50 ml algerkultur (lineær vekstfase, OD750nm ≥ 1) til en 1 L kolbe med 500 ml flytende medium. Monter hver kolbe med en gummipropp og rør i rustfritt stål for å gi lufting. Filtrer luften ved hjelp av 0,2 μm luftsteriliseringsfiltre. La kulturen vokse i en til to uker. Overvåk celletettheten ved hjelp av et spektrofotometer (OD750nm).
- Plasser den flytende kulturen på 500 ml i en 10 L karboy som inneholder 8 L ikke-sterilt kulturmedium og injiser en blanding av 5% CO2 og 95% luft. Deretter dyrke alger under samme forhold som i trinn 4.4.
- Overvåk lagerplate og flytende kulturer (i trinn 4.2\u20124.5) en gang i uken. Ta en aliquot og observere den under mikroskopet ved 10x og 40x forstørrelse for å sikre veksten av ønsket stamme. Holdt kulturer til de har blitt kompromittert eller brukt til eksperimenter. Kast forurensede kulturer.
5. Konsentrert medium forberedelse for åpen dam dyrking
- For å forberede sporstoffer, fyll delvis en 1 L volumetrisk kolbe med destillert vann (DW). Sett inn en magnetisk rørestang og tilsett kjemikaliene som er vist i tabell 1 sekvensielt. Forsikre deg om at hver ingrediens oppløses før tilsetning av neste bestanddel. Fjern magneten og fyll kolben til 1 L volummerket.
- Fyll delvis en 1 L glassflaske med DW og sett inn den magnetiske rørestangen. Plasser beholderen på toppen av en magnetisk røreplate og tilsett kjemikaliene til reaktorens endelige volum, legg dem sekvensielt, og sørg for at hver helt oppløses. Tabell 2 viser kjemikaliene for å klargjøre 1 L medium, så multipliser alle verdiene med reaktorens endelige volum. Fyll glassflasken til 1 L.
6. Utendørs åpen racerbane dam inokulering
- Rengjør reaktoren grundig med 30% blekemiddel før hver inokulasjon og etter høsting. Det anbefales å forlate blekemiddelet over natten. Skyll reaktorbrønnen for å fjerne all blekemiddel.
- Kalibrer alle sensorene før alger inokulerer i henhold til deres tilsvarende kalibreringsprosedyre.
- Fortynn de konsentrerte mediene (i trinn 5) ved hjelp av vannkilden ved å fylle racerbanedammen opptil 80%.
- Inokuler reaktoren ved hjelp av en 10 L karboy fylt med alger (lineær vekstfase OD750nm > 2) og bringe den til sitt endelige volum.
- Akklimatiser mikroalger ved delvis skyggelegging av racerbanedammen med trepaller i ~ 3 dager (figur 4), når den eksponentielle fasen har gått, som en tilpasningsstrategi for å unngå fotoinhibition.
MERK: Denne perioden vil også gi tid til mikroalger for å tilpasse seg stresset forårsaket av direkte injeksjon av røykgass.
7. Batch vekst eksperiment på kraftstasjonen
- Inspiser og registrer eventuelle daglige variasjoner, inkludert vannfordampning, padlehjulsmotor, sensorfunksjonalitet og alt utenom det vanlige.
- Tøm og inspiser kompressoren og vannlåsen hver dag for å fjerne overflødig vann for å minimere korrosjon siden røykgass er svært korrosiv34.
- Konfigurer dataloggeren til å skanne hver sensormåling hver 10. Disse inkluderer DO, pH, EC, sanntids optisk tetthet samt luft- og reaktortemperatur.
8. Diskret prøvetaking og overvåking
- Forsikre deg om at vannstanden forblir konstant på reaktorens endelige volum, ellers vil den optiske tetthetsmålingen bli påvirket.
- Etter etterfylling av vann i reaktoren, ta en 5 ml prøve for cellemassemålinger ved optisk tetthet (540, 680 og 750 nm) ved hjelp av et ultrafiolett synlig spektrofotometer. Gjenta prosessen daglig.
- Ta en 500 ml prøve tre ganger i uken for mikroskopobservasjoner og biomassekonsentrasjon basert på askefri tørrvekt (AFDW).
- Utfør mikroskopobservasjoner med objektive linser på 10x og 40x. I tillegg brukes disse mikroskopforstørrelsene som en del av algekvalitetskontrollen som er beskrevet i trinn 4.6.
- Bruk 400 ml av prøven i trinn 8.3 for AFDW
- Sett hvert mikrofiberfilter på 0,7 μm porestørrelse i en aluminiumsfoliebrett og forbehandle hver aluminiumsfoliebrett / filter ved hjelp av en ovn i 4 timer ved 540 °C.
- Merk hver aluminiumsfoliebrett med en blyant nr.
- Rør algeprøven kraftig før du måler ut et volum som skal filtreres. Filtrer nok algeprøve til å gi en pre/post askevektforskjell på mellom 8 og 16 mg. Velg en vektforskjell som skal brukes i løpet av eksperimentet, og hold denne verdien konstant.
- Plasser hvert filter som inneholder algeprøven i foliebrettet i ovnen ved 105 °C i minst 12 timer.
- Fjern foliebrettet/filteret fra tørkeovnen og legg det i en glasstørker for å unngå vannopptak. Registrer hver folieskuff/filtervekt (B).
- Plasser foliebrettet/filteret i 540 °C muffelovnen i 4 timer.
- Slå av muffelovnen, avkjøl foliebrettene/filtrene, plasser dem i tørkemiddelet og registrer hver foliebrett/filtervekt (C).
- Beregn AFDW ved hjelp av gravimetrisk analyse:
% AFDW= C – A x 100 / B
- Hold 2 L alger før høsting for mikrobølgeassistert ekstraksjon (MAE) lipidekstraksjonsanalyse ved hjelp av løsningsmidler.
- Sentrifuger algeprøven med en relativ sentrifugalkraft (RFC) på 4400 x g i 15 minutter. Ta alger pellet og tørk den ved hjelp av en ovn ved 80 °C i minst 24 timer.
- Slip algeprøven og vei algepulveret (anbefalt biomasse varierer fra 0,3 g til 0,5 g).
- Tilsett algepulveret (tørr algebiomasse) i mikrobølgeakselererte reaksjonssystem (MARS) Xpress-kar, tilsett 10 ml kloroform: metanol (2:1, v / v) løsningsmiddelløsning under hetten, lukk karene og la stå over natten.
- Plasser fartøyene i MARS-maskinen ved hjelp av løsningsmiddelsensoren i 60 min ved 70 °C og 800 W strøm.
- Ta fartøy ut av MARS og la dem kjøle seg ned under panseret.
- Bruk en trakt og glassull til å skille væskedelen som inneholder kloroform, metanol og lipider ved å overføre hver væskeprøve til et forhåndsveid glassprøverør og holde faste stoffer (biomasse fri for lipider) for andre analyser.
- Ta reagensrørene som inneholder lipidene til nitrogenfordamperen, fjern dem når væsken er fordampet, og la deretter rørene ligge over natten under hetten for å sikre fullstendig tørrhet.
- Beregn lipidinnhold (wt. %) ved hjelp av gravimetrisk analyse:
Lipidinnhold (wt. %) = Tørr biomasse av lipider x 100 / Tørr algemasse
9. Algehøsting og veksling
- Høst 75% av det totale algekulturvolumet når kulturen er nær å nå den stasjonære fasen. Ta 2\u20125 L kultur for å utføre biomasse produktivitetsanalyser i laboratoriet. Behandle og konverter resten av alger til de ønskede algeproduktene.
- Re-vokse den åpne raceway dammen ved å bruke de 25% alger gjenværende som inoculum. Tilsett vann opptil 80% av den totale reaktorens volum, tilsett det konsentrerte mediet, og fullfør deretter fyllingen av reaktorens endelige volum om nødvendig.
- Dyrk riktig algestamme i henhold til sesongen, basert på temperatur og lysintensitetsforhold.
10. Databehandling
- Registrer data i dataloggeren og samle inn for analyse som i trinn 7.3.
- Vurder å lagre rå og analyserte data i regional Algal Feedstock Testbed (RAFT) aksjedrift. RAFT-prosjektpartnere bidrar med sine data for å simulere og modellere algeproduktivitet og validere utendørs dyrking.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tidligere eksperimentelle resultater fra laboratoriet vårt indikerer at mikroalgedyrking ved hjelp av en halvautomatisk åpen racerbanedamme kan kombineres med karbonfangstprosesser. For bedre å forstå synergien mellom disse to prosessene (figur 2), utviklet vi en protokoll og skreddersydde den for dyrking av den grønne algearten Chlorella sorokiniana under utendørsforhold i et varmt semiaridklima. Naturgassrørgass ble hentet fra et industrikraftverk. Denne protokollen bruker ulike teknologier for å vurdere algebiomasseproduktivitet: (1) algevekst ved hjelp av en optisk tetthetssensor i sanntid (figur 5); (2) algevekst med hensyn til røykgass på-off pulsinjeksjoner i kulturen som en funksjon av pH (figur 6 og figur 7); og (3) algevekstkorrelasjoner med miljøparametere som temperatur, oppløst oksygen og elektroledningsevne (figur 8 og figur 9).
Vi tester en optisk tetthetssensor i sanntid som overvåker algevekst og fysiologisk dynamikk. Denne sensoren tillot oss å etablere, via laboratoriekorrelasjon, den tilsvarende askefrie tørrvektbiomassen (g / L). Figur 5 viser en sammenligning mellom sensoren og laboratoriemålinger. Begge målingene viser lignende trender, og øker som en funksjon av tid. In-situ-sensoravlesningene kan imidlertid spore vekstsyklusen for dag/nattalger. Nevnte syklus viser at de optiske tetthetsverdiene øker i løpet av dagen, men reduseres om natten under åndedrett, noe som indikerer en endring i biomasseproduktiviteten. Integreringen av sanntids optisk tetthetssensor gjør det mulig å ta effektive styringsbeslutninger om det generelle algeproduksjonssystemet.
Vi distribuerer et halvautomatisk av-og-på-gasspulsinjeksjonssystem, som er representert i figur 6 av en 24 timers røykgassinjeksjonssyklus målt i løpet av en spesielt varm høstsesong i Tucson, AZ. Som vist i figur 6 ble røykgass injisert fra ca. 08.00 til 18.00 (daglig periode), men ble ikke injisert mellom kl. 18.00 og 08.00 (nattlig periode). Denne dag/ nattsyklusen gjenspeiler den daglige sollyseksponeringen og mangelen på lys om natten, og følgelig aktiveringen av henholdsvis fotosyntese eller fotorespirasjon. Figur 7 presenterer den kumulative røykgassen som injiseres (L) under denne algegruppen. I dette tilfellet ble 6564 L røykgass, tilsvarende 538 L CO2, brukt til å dyrke 0,29 g algebiomasse. Grafen viser at etter hvert som algeveksten økte, var det behov for mer røykgass (CO2) (figur 6). De eksperimentelle resultatene har bekreftet at av-og-på-gasspulsinjeksjonssystemet er effektivt for å lette karbonfangst og -utnyttelse gjennom mikroalgedyrking.
Vi måler og overvåker andre fysisk-kjemiske parametere for å etablere en sammenheng mellom dem og algevekst og produktivitet (figur 8 og figur 9). Miljøparametrene som ble målt var oppløst oksygen, elektroledningsevne (EC) og både luft- og damtemperaturer. Som forventet viste alle parametrene, unntatt EC, lignende trender som var svært korrelert med solstråling. Resultatene tyder på at disse miljøvariablene hadde størst innvirkning på algevekst og brukes til algebiomassemodellering35. EC ble ikke vesentlig endret under den satsvise prosessen. Dermed ga den ingen relevant informasjon om algevekst. For dyrking av Chlorella sorokiniana ved hjelp av ikke-saltvann, kan EC-målinger utelates.
Figur 1: Plassering av pilotanlegg ved Tucson Electric Power for kobling av karbonfangst fra kraftverk og halvautomatiserte åpne damreaktorer for mikroalgedyrking. De to stedene er representert av: 1) Alger Site U3 (enhet 3) og 2) Alger Site U4 (enhet 4) foto kreditt: Jose Manuel Cisneros Vazquez. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Prosessflytdiagram for kobling av karbonfangst og halvautomatiserte åpne racerbanedammer for mikroalgedyrking i et varmt halvaridklima. (B) Reelt eksperimentelt anlegg; (C) Prosess: kopling karbonfangst og mikroalge dyrking modifisert fra Van Den Hende28. Legender: T = Temperatur; DO = Oppløst oksygen; OD = Optisk tetthet; EC = Elektrisk ledningsevne; Data Logger. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Skjematisk representasjon av sensoroppsett. (A) Representasjon av det generelle utendørs open-pond-sensorer som er satt opp, der CV1 og CV2 er kontrollventilene, DL er dataloggeren, og T1 og T2 er senderne. (B) Representasjon av en reguleringsventil. (C) Representasjon av sensorens tilkobling til dataloggeren; mørk blå sirkel: optisk tetthet i sanntid, oransje trekant: pH og EC, svart trekant: termokoblinger, rød trekant: oppløst oksygen, lyseblå: kontrollventil. (D) pH- og EC-sender. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: Alger under akklimatiseringsprosessen. Mikroalgeakklimatiseringsstrategi ved hjelp av trepaller i eksponentiell fase. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5: Representasjon av overvåking av algevekst. (A) Graf for AFDW biomassekonsentrasjon (g/L) vs. tidspunkt for laboratoriemålinger; (B) Graf for korrelasjon mellom optisk tetthetssensor og laboratoriemålinger ved 650 nm; og (C) graf for sanntids optisk tetthetssensor vs tid for et eksperimentelt parti. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 6: Graf for av/på-gasspulsinjeksjon som fuksjon av pH. Dataloggeren ble satt opp for å starte røykgassinjeksjon (kontrollert ventil på) ved pH = 8,05 og for å avslutte røykgassinjeksjon (kontrollert ventil av) ved pH = 8,00. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 7: Graf for algevekst (g/l), mengde injisert røykgass og mengde CO2 injisert som tidsfunksjon. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 8: Representasjon av temperaturovervåking. Legender: solid gul linje = raceway dam reaktor temperatur; solid grå linje = lufttemperatur; og stiplet blå linje = AZMET Station temperatur (The Arizona Meteorological Network). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 9: Overvåking av algevekstparametere. Legender: oransje solid linje = solstråling; grå solid linje = elektroledning (EC); og gul solid linje = oppløst oksygen (DO). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
| Komponenter | Konsentrasjon i oppløsning (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 |
Tabell 1: Oppskrift på sporstoffløsning.
| Komponenter | Vanlig navn | Konsentrasjon i oppløsning (g/L) |
| (NH2) 2 CO | Urea | 0.1 |
| MgSO4·7H2O | Magnesiumsulfat | 0.012 |
| NH4H2PO4 | Ammoniumfosfat | 0.035 |
| KCl | Potash | 0.175 |
| FeCl3 | Ferric Citrate (Citraplex) | 0.005423 |
| Spor metallløsning | Volum på 1000x mikro (ml) | 1 |
Tabell 2: Optimalisert medieoppskrift for 1 L.
Ekstra kodefiler. Klikk her for å laste ned denne filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I denne studien viser vi at synergistisk kobling av røykgass karbonfangst og mikroalgedyrking er mulig i et varmt halvtørrt klima. Den eksperimentelle protokollen for det halvautomatiske raceway damsystemet integrerer toppmoderne teknologi for å overvåke relevante parametere i sanntid som korrelerer med algevekst ved bruk av røykgass som karbonkilde. Den foreslåtte protokollen er ment å redusere usikkerheten i algedyrking, som er en av de viktigste ulempene ved racerbanedammer 20,21,36. Vår erfaring er at protokollens mest kritiske trinn involverer pH-kontrollsystemet og en effektiv metode for å inokulere systemet (figur 2). pH-kontrollsystemet leverer røykgass/CO2 og representerer en strategi for å optimalisere effektiviteten i CO2-fangst og -utnyttelse (figur 3)37. Dette kontrollerte systemet har vist seg å være mer effektivt enn et kontinuerlig injeksjonssystem for mikroalgedyrkingsprosessen fordi det reduserer utgassing samtidig som det leverer nok røykgass til å oppnå maksimal algevekstratepå 20,37. Når røykgassinjeksjonen er basert på pH, er en nøkkelfaktor for algedyrking å velge en tilstrekkelig pH-verdi for mikroalgeartene før man inokulerer racerbanedammen38,39. Qiu et al.40 fant at en pH-verdi på 8 er den beste for ferskvannsarten Chlorella sorokiniania når man vurderer cellevekst og lipidproduksjon40. Videre anbefaler Molina Grima et al.41 en pH under 8 for å redusere nitrogentap og oppnå bedre nitrogenopptak av mikroalger / biomasse41. Yuvraj et al.42 antyder imidlertid at pH ikke er en passende metode for å evaluere CO2-innholdet i vannet på grunn av effekten av nitrogenbefruktning på mediets surhet42. Våre resultater viser at pH effektivt kan brukes til å håndtere CO2-injeksjon for systemet som presenteres her (figur 6); vår håndtering av røykgassinjeksjon, som holdt kulturen på pH 8, resulterte i høye biomasseutbytter og replikerbarhet (figur 7).
Etter inokulering må alger akklimatisere seg til systemet for å unngå fotoinhibition og for å tilpasse seg den høye temperaturen på racerbanemediene. I dette varme halvtørre klimaet har vi observert alge fotoinhibition på grunn av høy solstråling 39,43,44 (figur 9). Denne effekten kan ikke bare forsinke, men også hemme mikroalgerokulering i den eksponentielle fasen 32,35,45,46,47. For å redusere effekten av akklimatisering på mikroalgeren, designet vi en vellykket og gjennomførbar strategi som består av delvis skyggelegging av racerbanedammen med trepaller. Denne strategien gjør at mikroalger kan eksponeres gjentatte ganger, men i korte perioder til solforholdene. En annen stressfaktor er den høye temperaturen på røykgassen og omgivelsesluften33,48 (figur 8). Røykgasstemperaturen er ganske høy på etterforbrenningsstadiet 10,48,49. Bruk av røykgassen ved å injisere den direkte fra den sendte rørledningen inn i racerbanedammen kan bidra til å øke mediets temperatur ytterligere. Derfor vil en kondensator etterfulgt av en vannlås som ligger før kompressoren ikke bare redusere varmeoverføringen, men også mengden vann som når kompressoren (figur 2). Vi fant ut at begge enhetene var nødvendige for å redusere kompressorfeilfrekvensen. I tillegg må fuktighet, røykgasstemperatur og røykgassens etsende natur vurderes ved beregning av kompressorens livssyklus og vedlikehold. Videre gir høye temperaturer høyere fordampningshastigheter.
Denne protokollen er underlagt noen begrensninger. Ifølge figur 6 var ikke reguleringsventilen i stand til å injisere nok røykgass når fotosyntesen var på topp. Denne effekten kan tilskrives lav masseoverføring fra gassform til væskefasen på grunn av reaktordesignet 5,16,50,51. Mendoza et al.36,52 og de Godos et al.16 uttalte at racerbanedammer har en dårlig gass / flytende masseoverføring, som representerer en av de mest alvorlige designbegrensningene 16,36,52. Deres grunne kanaldesign begrenser CO 2-masseoverføring på grunn av det korte grensesnittområdet mellom gassen og kulturmediet, noe som fører til en økning i CO2-gassing (figur 2). Dermed har enheter og nye konfigurasjoner blitt foreslått for å øke gass / væske kontakttid, inkludert sumper, blanding kolonner, gjennomtrengelig silikon, og sparging-diffusjon systemer 36,52,53. Alle disse systemene har blitt brukt i et forsøk på å forbedre CO2 masseoverføring; Noen av disse systemene forbedrer imidlertid også næringsfordelingen, kontrollerer pH og fjerner overflødig O2 5,24,36,52. Til slutt er strømbrudd andre begrensninger som kan oppstå ved fangst og bruk av ekte røykgass fra et kraftverk. Disse strømbruddene er ikke alltid planlagt. Midlertidige alternative kilder til CO2 bør derfor vurderes, for eksempel flytting eller tilkobling av CO2-hovedlinjen til flere kraftenheter (figur 1).
Evnen til å produsere mikroalger med denne protokollen støttes av våre resultater på algeproduktivitet (figur 5), algeresponser på de valgte parametrene (figur 6, figur 8, figur 9) og vellykket dyrking av ønsket algeart når de pleies ved direkte røykgassinjeksjon. Åpne reaktorer er billigere å betjene, og dermed bygger denne protokollen på deres styrker for å akselerere kommersiell distribusjon av denne formen for karbonfangst og -utnyttelse 16,20,54,55,56. Denne varme halvtørre regionen opplever høy solstråling og betydelige temperatursvingninger året rundt (figur 8 og figur 9)57; Derfor er det et førsteklasses sted å teste denne typen protokoll. Den optiske tetthetssensoren ga konsistente OD-avlesninger for vårt utendørs åpne system (figur 5); denne typen datainnsamling vil være upraktisk ved hjelp av andre sensorer. Sensorene reagerte også godt på de betydelige temperaturvariasjonene fra dag til natt (figur 8), slik at vi kunne ta rettidig algeproduktivitetsbeslutninger29. Videre har det foreslåtte optimaliserte mediet den kritiske fordelen av å være basert på kommersiell gjødsel og lett tilgjengelige næringskilder58 (tabell 1 og 2); Dette mediet kan enkelt produseres internt eller kan hentes på forespørsel fra landbruksvæskegjødselselskaper58. Til slutt ble den halvautomatiske protokollen testet i et ekstra naturgasskraftverk. Resultatene av denne bekreftelsesstudien er ikke presentert i denne artikkelen. I denne bekreftelsesstudien var protokollen vellykket til tross for de ekstreme værforholdene i Tucson og de eksepsjonelt varme temperaturene på generasjonsstasjonen på grunn av reaktorens plassering innenfor kraftverkoppsettet. Derfor er protokollreplikabilitet undersøkt for Tucsons miljø når naturgass brukes som drivstoff for å produsere elektrisitet.
Følgende trinn anbefales for å videreutvikle denne protokollen og forbedre og forbedre automatiseringen av de involverte prosessene. Den første anbefalingen er å gjøre røykgassinjeksjonen til en helt variabel hastighetsprosess, og dermed forbedre CO2 - og pH-styringen; det nåværende programmet åpner injeksjonsventilen helt når pH stiger over 8 og lukker den når pH når 8 igjen. Det er også nødvendig å forbedre måten CO2 injiseres på. Målet er å redusere størrelsen på CO2-boblene , det vil si å generere mikrobobler for å forbedre CO2-diffusjonen i mediet uten å ty til å injisere røykgass ved høyere trykk. Bruk av forbedrede injektorer, og dermed redusere driftskostnadene, anses nødvendig i en kommersiell anvendelse av protokollen. Inkludering av prediktive verktøy basert på værmelding og nåværende mikroalgestatus for styring av røykgass og gjødsel, hovedsakelig N, for å forbedre N-brukseffektiviteten, anbefales også. Bruken av beregningsvæske dynamisk modellering regnes som et viktig verktøy for å utvikle den foreslåtte protokollen videre; modellering kan bidra til å optimalisere utformingen, konfigurasjonen og driften av all maskinvare som er involvert i overvåking og styring av mikroalger. Et annet område som kan utforskes i fremtiden er anvendelsen av miljø-DNA (eDNA) og PCR-teknikker i sanntid for å overvåke helsen og sammensetningen av mikroalgeavlingen. Vannprøver kan analyseres, og resultatene vil indikere om den objektive mikroalger er den dominerende arten i mediet eller om den konkurrerer eller har blitt erstattet av en annen organisme.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet gjennom Regional Algal Feedstock Testbed-prosjektet, U.S. Department of Energy DE-EE0006269. Vi takker også Esteban Jimenez, Jessica Peebles, Francisco Acedo, Jose Cisneros, RAFT Team, Mansfield, UA kraftverksansatte og ansatte ved TEP-kraftverket for all hjelp.
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 |
References
- The Intergovernmental Panel on Climate Change. , Available from: https://www.ipcc.ch/ (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Benemann, J. CO2 Mitigation with Microalgae Systems. Pergamon Energy Conversion Management Journal. 38, 475-479 (1997).
- U.S.Department of Energy. The Capture , Utilization and Disposal of Carbon Dioxide from Fossil Fuel-Fired Power Plants. Energy. 2, (1993).
- 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).
- 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).
- Joshi, C., Nookaraju, A. New Avenues of Bioenergy Production from Plants: Green Alternatives to Petroleum. Journal of Petroleum & Environmental Biotechnology. 03 (07), 3 (2012).
- Chisti, Y. Constraints to commercialization of algal fuels. Journal of Biotechnology. 22, 166-186 (2013).
- 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).
- Lam, M., Lee, K. Potential of using organic fertilizer to cultivate Chlorella vulgaris for biodiesel production. Applied Energy. 94, 303-308 (2012).
- 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).
- Posten, C., Schaub, G. Microalgae and terrestrial biomass as source for fuels a process view. Journal of Biotechnology. 142 (1), 64-69 (2009).
- Demirbas, M. Biofuels from algae for sustainable development. Applied Energy. 88 (10), 3473-3480 (2011).
- Shelef, G., Sukenik, A., Green, M. Microalgae Harvesting and Processing A Literature Review. , (1984).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Pidwirny, M. Fundamentals of Physical Geography, 2nd ed. , (2006).
- 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).
- Jia, F., Kacira, M., Ogden, K. Multi-wavelength based optical density sensor for autonomous monitoring of microalgae. Sensors (Switzerland). 15 (9), 22234-22248 (2015).
- 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).
- Neofotis, P., et al. Characterization and classification of highly productive microalgae strains discovered for biofuel and bioproduct generation. Algal Research. 15, 164-178 (2016).
- 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).
- 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).
- Ramezan, M., Skone, T., Nsakala, N., Lilijedahl, G. Carbon Dioxide Capture from Existing Coal-Fired Power Plants. , 268 (2007).
- 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).
- Mendoza, J., et al. Fluid-dynamic characterization of real-scale raceway reactors for microalgae production. Biomass and Bioenergy. 54, 267-275 (2013).
- Algae Cultivation for Carbon Capture and Utilization Workshop. Algae Cultivation for Carbon Capture and Utilization Workshop. , (2017).
- Park, J., Craggs, R., Shilton, A. Wastewater treatment high rate algal ponds for biofuel production. Bioresource Technology. 102 (1), 35-42 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- Padmanabhan, Y. P. Technical insight on the requirements for CO2-saturated growth of microalgae in photobioreactors. 3 Biotech. 7 (2), 1-7 (2017).
- Vonshak, A., Torzillo, G.
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Mendoza, J., et al. Oxygen transfer and evolution in microalgal culture in open raceways. Bioresource Technology. 137, 188-195 (2013).
- Carvalho, A., Malcata, F., Meireles, A. Microalgal Reactors A Review of Enclosed System Designs and Performances. Biotechnology Progress. 22 (6), 1490-1506 (2006).
- 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).
- Lam, M., Lee, K. Microalgae biofuels: A critical review of issues, problems and the way forward. Biotechnology Advances. 30 (3), 673-690 (2012).
- Chisti, Y. Biodiesel from microalgae beats bioethanol. Trends in Biotechnology. 26 (3), 126-131 (2008).
- 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).
- Lammers, P., et al. Review of the Cultivation Program within the National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts. Algal Research. 22, 166-186 (2017).
