Summary
Ett protokoll beskrivs för att utnyttja koldioxiden i naturgaskraftverkets rökgas för att odla mikroalger i öppna racewaydammar. Rökgasinjektionen styrs med en pH-sensor och mikroalgernas tillväxt övervakas med realtidsmätningar av optisk densitet.
Abstract
I USA kommer 35% av de totala koldioxidutsläppen (CO2) från elkraftindustrin, varav 30% representerar naturgasproduktion. Mikroalger kan biofixera CO2 10 till 15 gånger snabbare än växter och omvandla algbiomassa till produkter av intresse, såsom biobränslen. Således presenterar denna studie ett protokoll som visar de potentiella synergierna av mikroalgodling med ett naturgaskraftverk beläget i sydvästra USA i ett varmt halvtorrt klimat. Toppmodern teknik används för att öka avskiljningen och utnyttjandet av koldioxid via grönalgarten Chlorella sorokiniana, som kan bearbetas vidare till biobränsle. Vi beskriver ett protokoll som involverar en halvautomatiserad öppen racewaydamm och diskuterar resultaten av dess prestanda när den testades vid Tucson Electric Power Plant, i Tucson, Arizona. Rökgas användes som den huvudsakliga kolkällan för att kontrollera pH, och Chlorella sorokiniana odlades. Ett optimerat medium användes för att odla algerna. Mängden CO2 som tillfördes systemet som en funktion av tiden övervakades noggrant. Dessutom övervakades andra fysikalisk-kemiska faktorer som påverkar algtillväxthastigheten, biomassaproduktiviteten och kolfixeringen, inklusive optisk densitet, upplöst syre (DO), elektroledningsförmåga (EC) och luft- och dammtemperaturer. Resultaten indikerar att ett mikroalgutbyte på upp till 0,385 g/l askfri torrvikt kan uppnås, med en lipidhalt på 24 %. Genom att utnyttja synergistiska möjligheter mellanutsläppare av koldioxid och algodlare kan man tillhandahålla de resurser som krävs för att öka avskiljningen av koldioxid och samtidigt stödja en hållbar produktion av algbiobränslen och bioprodukter.
Introduction
Den globala uppvärmningen är en av de viktigaste miljöfrågorna som världen står inför idag1. Studier tyder på att den främsta orsaken är ökningen av utsläppen av växthusgaser, främstCO 2, i atmosfären på grund av mänskliga aktiviteter 2,3,4,5,6,7. I USA kommer den största densitetenav koldioxidutsläpp främst från förbränning av fossila bränslen inom energisektorn, särskilt elkraftverk 3,7,8,9. Således har teknik för avskiljning och användning av koldioxid (CCU) framstått som en av de viktigaste strategierna för att minska växthusgasutsläppen 2,7,10. Dessa inkluderar biologiska system som använder solljus för att omvandla CO2 och vatten via fotosyntes, i närvaro av näringsämnen, till biomassa. Användningen av mikroalger har föreslagits på grund av den snabba tillväxttakten, den högaCO2-fixeringsförmågan och den höga produktionskapaciteten. Dessutom har mikroalger en bred bioenergipotential eftersom biomassan kan omvandlas till produkter av intresse, såsom biobränslen som kan ersätta fossila bränslen 7,9,10,11,12.
Mikroalger kan växa och uppnå biologisk omvandling i en mängd olika odlingssystem eller reaktorer, inklusive öppna racewaydammar och slutna fotobioreaktorer 13,14,15,16,17,18,19. Forskare har studerat fördelarna och begränsningarna som avgör bioprocessens framgång i båda odlingssystemen, antingen inomhus eller utomhus 5,6,16,20,21,22,23,24,25 . Öppna racewaydammar är de vanligaste odlingssystemen för avskiljning och utnyttjande av koldioxid i situationer där rökgas kan distribueras direkt från stacken. Denna typ av odlingssystem är relativt billigt, är lätt att skala upp, har låga energikostnader och har låga energikrav för blandning. Dessutom kan dessa system enkelt samlokaleras med kraftverket för att göra CCU-processen effektivare. Det finns dock vissa nackdelar som måste beaktas, såsom begränsningen iCO2-gas / vätskemassöverföring. Även om det finns begränsningar har öppna racewaydammar föreslagits som det lämpligaste systemet för produktion av mikroalgbiobränsle utomhus 5,9,11,16,20.
I den här artikeln beskriver vi en metod för odling av mikroalger i öppna racewaydammar som kombinerar koldioxidavskiljning från rökgasen i ett naturgaskraftverk. Metoden består av ett halvautomatiserat system som styr rökgasinjektionen baserat på odlingens pH; systemet övervakar och registrerar Chlorella sorokiniana odlingsstatus i realtid med hjälp av optisk densitet, upplöst syre (DO), elektroledningsförmåga (EC) och luft- och dammtemperatursensorer. Data om algbiomassa och rökgasinjektion samlas in av en datalogger var 10:e minut vid Tucson Electric Power-anläggningen. Underhåll av algstammar, uppskalning, kvalitetskontrollmätningar och karakterisering av biomassa (t.ex. korrelation mellan optisk densitet, g / L och lipidinnehåll) utförs i laboratoriemiljö vid University of Arizona. Ett tidigare protokoll skisserade en metod för att optimera rökgasinställningarna för att främja mikroalgtillväxt i fotobioreaktorer via datorsimulering26. Protokollet som presenteras här är unikt genom att det använder öppna racewaydammar och är utformat för att implementeras på plats vid ett naturgaskraftverk för att direkt utnyttja rökgasen som produceras. Dessutom är optiska densitetsmätningar i realtid en del av protokollet. Systemet som beskrivs är optimerat för ett varmt halvtorrt klimat (Köppen BSh), som uppvisar låg nederbörd, betydande variation i nederbörd från år till år, låg relativ luftfuktighet, höga avdunstningshastigheter, klar himmel och intensiv solstrålning27.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Tillväxtsystem: utomhus öppna raceway damminställningar
- Ställ in de öppna racewaydammarna nära rökgaskällan (som innehåller 8–10 % CO2). Se till att vatten och el finns tillgängligt vid dammreaktorns plats och att reaktorn inte är i skuggan större delen av dagen (figur 1).
- Fånga rökgas under efterförbränningsprocessen med en 0,95 cm bränsleslang, några meter innan rökgasen kommer in i stapeln för att släppas ut i atmosfären (Figur 2).
- Ta bort vatten från rökgasen med en 20 L vattenfälla och en kondensor (spollängd ~ 12 m) mellan stapeln och kompressorn (Figur 2).
OBS: Rökgas innehåller vanligtvis cirka 9 \u201213,8% vatten28. Dessutom kyler kondensorn och rörledningen rökgasen16. - Anslut följande sensorer till en datalogger för att övervaka algtillväxt: (1) en optisk densitetssensor i realtid29, som mäter absorbans vid två våglängder - 650 och 750 nm - och kan detektera en maximal algcellkoncentration på 1,05 g / L; (2) en DO-sensor; (3) luft- och dammtermoelement; (4) en pH-sensor; och (5) en EC-sensor.
OBS: Dessutom är pH- och EC-sensorerna anslutna till en sändare. Dataloggerenhetens konfiguration visas i figur 3. - Se till att alla komponenter i algtillväxtsystemet är kalibrerade och fungerar korrekt före ympning.
2. pH-styrsystem
- Hantera rökgasinsprutning med hjälp av en kompressor, ett reglerventilsystem och dataloggerprogrammet, som visas i figur 2 och figur 3 (kompletterande material A).
- Använd ett rör för att rikta rökgasen från reglerventilen till botten av racewaydammen genom en stendiffusor.
- Injicera rökgasen i tillväxtsystemet baserat på pH. När pH-värdet är större än 8,05 kommer systemet att injicera rökgas, medan när pH-värdet är mindre än 8,00 kommer systemet att stoppa rökgasinjektionen under perioder utan tillväxt. Flödeshastigheten mäts i standard liter per minut (SLPM).
OBS: I reglerventilen är rökgastrycket i inlopp begränsat till högst 50 psi.
3. Algval och stamunderhåll (ljus och temperatur)
OBS: Grönalgerna Chlorella sorokiniana DOE 1412 isolerades av Juergen Polle (Brooklyn College) 30,31 och valdes ut av National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts (NAABB); dess urval baserades på de tidigare stamkarakteriseringsstudierna utförda av Huesemann et al.32,33 . Deras forskning om algscreening, biomassaproduktivitet och klimatsimulerad odling (t.ex. temperatur och ljus) i sydvästra regionen vid användning av utomhus öppna racewaydammar informerade metoden som används i detta projekt.
- Behåll kulturer vid rumstemperatur (25 ° C) med en 12 h / 12 h ljus / mörk cykel.
- Håll ljusintensiteten vid 200 μM/ m2/s för odlingsunderhåll som odlas på plattor och i små flytande kulturer (50 ml till 500 ml).
- Håll ljusintensiteten för uppskalning odlad i flytande kulturer 50 ml till 500 ml vid 400 μM / m2 / s och flytande kulturer 5 L till 20 L vid 600 \ u2012800 μM / m2 / s.
4. Skala upp och kvalitetskontroll
- Bereda odlingsmediet BG11 med avjoniserat vatten och följande salter, för makronäringsämnen, i g/L: 1,5NaNO3, 0,04K2HPO4, 0,075 MgSO4*H2O, 0,036 CaCl2*H2O, 0,006 (NH4)5Fe(C6H4O7)2, 0,006Na2EDTA*2H2O, 0,02Na2CO3; Tillsätt 1 ml/l spårämneslösning, som innehåller följande mikronäringsämnen i g/l: 2,86H3BO3, 1,81 MnCl2*4H2O, 0,22 ZnSO4*7H2O, 0,39Na2MoO4*2H2O, 0,079 CuSO4*5H2O, 0,0494 Co(NO3)2*6H2O.
OBS: För plattinokulering och / eller långvarig lagring, tillsätt 7,5 g / L Bacto-agar; för kulturinokulering behövs ingen tillsats av agar. Sterilisera odlingsmediet i autoklaven i 21 minuter vid 121 °C. - Häll BG11-mediet med agar i petriskålar i en steril laminär flödeshuv eller biosäkerhetsskåp. När plattorna är fasta och svala, pipettera 500 μL från en återupphängd fryst algbeståndskultur och tillsätt Ampicillin (100 μg / ml); inkubera algplattorna i ett skakbord (120 rpm) i 1 till 2 veckor.
- Använd en steril slinga för att välja en enda algkoloni från en odlingsplatta och inokulera den i ett 50 ml rör som innehåller sterilt tillväxtmedium i ett rent biosäkerhetsskåp. Odla den lilla flytande kulturen på ett skakbord (120 rpm) i en vecka.
- Överför 50 ml algodling (linjär tillväxtfas, OD750nm ≥ 1) till en 1 L kolv med 500 ml flytande medium. Montera varje kolv med en gummipropp och rör av rostfritt stål för att ge aering. Filtrera luften med 0,2 μm luftsteriliseringsfilter. Låt kulturen växa i en till två veckor. Övervaka celldensiteten med hjälp av en spektrofotometer (OD750nm).
- Placera 500 ml flytande kultur i en 10 L carboy innehållande 8 L icke-sterilt odlingsmedium och injicera en blandning av 5% CO2 och 95% luft. Odla sedan alger under samma förhållanden som i steg 4.4.
- Övervaka lagerplattan och flytande kulturer (i steg 4.2\u20124.5) en gång i veckan. Ta en alikvot och observera den under mikroskopet vid 10x och 40x förstoring för att säkerställa tillväxten av önskad stam. Behållit kulturer tills de har äventyrats eller använts för experiment. Kassera förorenade kulturer.
5. Koncentrerad mediumberedning för odling av öppen damm
- För att bereda spårämnen lösning delvis fylla en 1 L volymetrisk kolv med destillerat vatten (DW). Sätt i en magnetisk omrörningsstång och tillsätt kemikalierna som visas i tabell 1 sekventiellt. Se till att varje ingrediens löses upp före tillsatsen av nästa beståndsdel. Ta bort magneten och fyll kolven till 1 L volymmärket.
- Fyll delvis en 1 L glasflaska med DW och sätt in den magnetiska omrörningsstången. Placera behållaren på toppen av en magnetisk omrörarplatta och tillsätt kemikalierna för reaktorns slutliga volym, tillsätt dem i följd, så att var och en löses upp helt. Tabell 2 visar kemikalierna för att förbereda 1 liter medium, så multiplicera alla värden med reaktorns slutliga volym. Fyll glasflaskan till 1 L.
6. Utomhus öppen raceway damm ympning
- Rengör reaktorn noggrant med 30% blekmedel före varje ympning och efter skörd. Det rekommenderas att lämna blekmedlet över natten. Skölj reaktorn väl för att ta bort allt blekmedel.
- Kalibrera alla sensorer före alginokulering enligt motsvarande kalibreringsprocedur.
- Späd det koncentrerade mediet (i steg 5) med vattenkällan genom att fylla racewaydammen upp till 80%.
- Inokulera reaktorn med en 10 L carboy fylld med alger (linjär tillväxtfas OD750nm > 2) och ta den till sin slutliga volym.
- Acklimatisera mikroalger genom att delvis skugga racewaydammen med träpallar i ~ 3 dagar (figur 4), när exponentialfasen har gått, som en anpassningsstrategi för att undvika fotoinhibition.
OBS: Denna period kommer också att ge tid för mikroalgerna att anpassa sig till stressen som orsakas av direkt injektion av rökgas.
7. Batchtillväxtexperiment vid produktionsstationen
- Inspektera och registrera alla dagliga variationer, inklusive vattenavdunstning, skovelhjulsmotor, sensorfunktionalitet och allt utöver det vanliga.
- Töm och inspektera kompressorn och vattenlåset varje dag för att avlägsna överflödigt vatten för att minimera korrosion eftersom rökgasen är mycket frätande34.
- Konfigurera dataloggaren så att den skannar varje sensormätning var 10:e sekund och lagrar genomsnittliga data var 10:e minut. Dessa inkluderar DO, pH, EC, optisk densitet i realtid samt luft- och reaktortemperatur.
8. Diskret provtagning och övervakning
- Se till att vattennivån förblir konstant vid reaktorns slutliga volym annars påverkas den optiska densitetsmätningen.
- Efter påfyllning av vatten i reaktorn, ta ett 5 ml prov för cellmassmätningar med optisk densitet (540, 680 och 750 nm) med hjälp av en ultraviolett synlig spektrofotometer. Upprepa processen dagligen.
- Ta ett 500 ml prov tre gånger per vecka för mikroskopobservationer och biomassakoncentration baserat på askfri torrvikt (AFDW).
- Utför mikroskopobservationer med 10x och 40x objektivlinser. Dessutom används dessa mikroskopförstoringar som en del av den algkvalitetskontroll som beskrivs i steg 4.6.
- Använd 400 ml av provet i steg 8.3 för AFDW
- Ställ in varje 0,7 μm porstorlek glasmikrofiberfilter i en aluminiumfoliebricka och förbehandla varje aluminiumfoliebricka / filter med en ugn i 4 timmar vid 540 ° C.
- Märk varje aluminiumfoliebricka med en penna # 2, registrera dess vikt (A) och placera den i vakuumfilterapparaten.
- Rör om algprovet kraftigt innan du mäter upp en volym som ska filtreras. Filtrera tillräckligt med algprov för att ge en viktskillnad före / efter aska på mellan 8 och 16 mg. Välj en viktskillnad att använda under experimentets gång och håll detta värde konstant.
- Placera varje filter som innehåller algprovet i folieplåten i ugnen vid 105 °C i minst 12 timmar.
- Ta bort foliebrickan/filtret från torkugnen och lägg det i en glastorkmaskin för att förhindra vattenupptag. Registrera varje foliebricka/filtervikt (B).
- Placera foliebrickan/filtret i 540 °C muffelugn i 4 timmar.
- Stäng av muffelugnen, kyl ner foliebrickor/filter, placera dem i uttorkaren och registrera varje foliebricka/filtervikt (C).
- Beräkna AFDW med gravimetrisk analys:
% AFDW = C - A x 100 / B
- Håll 2 liter alger före skörd för mikrovågsassisterad extraktionsanalys (MAE) lipidextraktionsanalys med lösningsmedel.
- Centrifugera algprovet vid en relativ centrifugalkraft (RFC) på 4 400 x g i 15 min. Ta algpelleten och torka den med en ugn vid 80 °C i minst 24 timmar.
- Mala algprovet och väg algpulvret (rekommenderad biomassa varierar från 0,3 g till 0,5 g).
- Tillsätt algpulvret (torr algbiomassa) i mikrovågsaccelererade reaktionssystemet (MARS) Xpress-kärl, tillsätt 10 ml kloroform: metanol (2: 1, v / v) lösningsmedelslösning under huven, stäng kärlen och låt stå över natten.
- Placera kärlen i MARS-maskinen med lösningsmedelssensorn i 60 minuter vid 70 °C och 800 W effekt.
- Ta ut fartyg ur MARS och låt dem svalna under huven.
- Använd en tratt och glasull för att separera den flytande delen som innehåller kloroform, metanol och lipider genom att överföra varje flytande prov till ett förvägt glasprovrör och hålla de fasta ämnena (biomassa fri från lipider) för andra analyser.
- Ta provrören som innehåller lipiderna till kväveförångaren, ta bort dem när vätskan har avdunstat och lämna sedan rören över natten under huven för att säkerställa fullständig torrhet.
- Beräkna lipidinnehåll (viktprocent) med hjälp av gravimetrisk analys:
Lipidhalt (viktprocent ) = Torr biomassa av lipider x 100/ Torr algmassa
9. Algskörd och växtföljd
- Skörda 75% av den totala algodlingsvolymen när kulturen är nära att nå den stationära fasen. Ta 2\u20125 L odling för att utföra biomassaproduktivitetsanalyser i laboratoriet. Bearbeta och omvandla resten av algerna till önskade algprodukter.
- Återoddera den öppna racewaydammen genom att använda de 25% alger som finns kvar som ympning. Tillsätt vatten upp till 80% av den totala reaktorns volym, tillsätt det koncentrerade mediet och avsluta sedan fyllningen till reaktorns slutliga volym om det behövs.
- Odla lämplig algstam enligt säsong, baserat på temperatur och ljusintensitetsförhållanden.
10. Datahantering
- Registrera data i dataloggaren och samla in för analys enligt steg 7.3.
- Överväg att spara råa och analyserade data i raft-delningsenheten (Regional Algal Feedstock Testbed). RAFT-projektets medarbetare bidrar med sina data för att simulera och modellera algproduktivitet och validera utomhusodling.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tidigare experimentella resultat från vårt laboratorium indikerar att mikroalgodling med hjälp av en halvautomatiserad öppen racewaydamm kan kombineras med kolavskiljningsprocesser. För att bättre förstå synergin mellan dessa två processer (figur 2) utvecklade vi ett protokoll och skräddarsydde det för odling av grönalgarten Chlorella sorokiniana under utomhusförhållanden i ett varmt halvtorrt klimat. Naturgas rökgas erhölls från ett industriellt kraftproduktionsverk. Detta protokoll använder olika tekniker för att bedöma algbiomassans produktivitet: (1) algtillväxt med hjälp av en optisk densitetssensor i realtid (figur 5); (2) Algtillväxt med avseende på rökgas-on-off-pulsinjektioner i kulturen som en funktion av pH (figur 6 och figur 7). och (3) algtillväxtkorrelationer med miljöparametrar som temperatur, upplöst syre och elektroledningsförmåga (figur 8 och figur 9).
Vi testar en optisk densitetssensor i realtid som övervakar algtillväxt och fysiologisk dynamik. Denna sensor gjorde det möjligt för oss att via laboratoriekorrelation fastställa motsvarande askfri torrviktsbiomassa (g / L). Figur 5 visar en jämförelse mellan sensorn och laboratoriemätningarna. Båda avläsningarna visar liknande trender, som ökar som en funktion av tiden. In-situ-sensoravläsningarna kan dock spåra dag / natt algtillväxtcykeln. Nämnda cykel visar att de optiska densitetsvärdena ökar under dagen men minskar på natten under andningen, vilket indikerar en förändring i biomassans produktivitet. Integrationen av den optiska densitetssensorn i realtid gör det möjligt att fatta effektiva ledningsbeslut om det övergripande algproduktionssystemet.
Vi använder ett halvautomatiskt on-off rökgaspulsinsprutningssystem, vilket representeras i figur 6 av en 24 timmars rökgasinjektionscykel uppmätt under en särskilt varm höstsäsong i Tucson, AZ. Som framgår av figur 6 injicerades rökgas från cirka 8:00 till 18:00 (daglig period) men injicerades inte mellan 18:00 och 08:00 (nattlig period). Denna dag / nattcykel återspeglar den dagliga exponeringen för solljus och bristen på ljus under natten, och följaktligen aktiveringen av fotosyntes respektive fotorespiration. Figur 7 visar den kumulativa rökgasen som injiceras (L) under denna algsats. I detta fall användes 6 564 liter rökgas, motsvarande 538 l CO2, för att odla 0,29 g algbiomassa. Diagrammet visar att när algtillväxten ökade krävdes mer rökgas (CO2) (figur 6). De experimentella resultaten har bekräftat att rökgaspulsinjektionssystemet på avst är effektivt för att underlätta avskiljning och användning av koldioxid genom mikroalgodling.
Vi mäter och övervakar andra fysikalisk-kemiska parametrar för att fastställa en korrelation mellan dem och algtillväxt och produktivitet (figur 8 och figur 9). De miljöparametrar som uppmättes var upplöst syre, elektroledningsförmåga (EC) och både luft- och dammtemperaturer. Som förväntat visade alla parametrar, utom EC, liknande trender som var starkt korrelerade med solstrålning. Resultaten indikerar att dessa miljövariabler hade störst påverkan på algtillväxten och används för modellering av algbiomassa35. Kommissionen ändrade sig inte nämnvärt under batchprocessen. Den lämnade således ingen relevant information om algtillväxt. För odling av Chlorella sorokiniana med icke-saltvatten kan EG-mätningar utelämnas.
Figur 1: Pilotplatsplats vid Tucson Electric Power för koppling av koldioxidavskiljning från kraftverk och halvautomatiserade öppna dammreaktorer för odling av mikroalger. De två platserna representeras av: 1) Algae Site U3 (enhet 3) och 2) Algae Site U4 (enhet 4) fotokredit: Jose Manuel Cisneros Vazquez. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 2: Processflödesschema för koppling av koldioxidavskiljning och halvautomatiserade öppna racewaydammar för mikroalgodling i ett varmt halvtorrt klimat. (A) Open Raceway Paddlewheel design; (B) Verklig försöksanläggning. (C) Process: koppling av koldioxidavskiljning och odling av mikroalger modifierade från Van Den Hende28. Legender: T = Temperatur; DO = Upplöst syre; OD = Optisk densitet; EC = Elektrisk ledningsförmåga; Datalogger. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 3: Schematisk representation av sensoruppsättningen. (A) Representation av de övergripande utomhusöppna dammsensorerna som är inställda, där CV1 och CV2 är reglerventilerna, DL är dataloggern och T1 och T2 är sändarna. (B) Representation av en reglerventil. C) Representation av sensorernas anslutning till dataloggern. mörkblå cirkel: optisk densitet i realtid, orange triangel: pH och EC, svart triangel: termoelement, röd triangel: upplöst syre, ljusblå: reglerventil. (D) pH och EC-sändare. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 4: Alger under acklimatiseringsprocessen. Mikroalgacklimatiseringsstrategi med träpallar under exponentialfasen. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 5: Representation av övervakning av algtillväxt. (A) Diagram för AFDW-biomassakoncentration (g/L) jämfört med tidpunkten för laboratoriemätningar. B) Diagram för korrelation mellan optisk densitetsgivare och laboratoriemätningar vid 650 nm. och (C) graf för optisk densitetssensor i realtid jämfört med tid för en experimentell sats. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 6: Diagram för på/av rökgaspulsinjektion som en fuction av pH. Dataloggern sattes upp för att starta rökgasinsprutning (kontrollerad ventil på) vid pH = 8,05 och för att avsluta rökgasinsprutning (kontrollerad ventil av) vid pH = 8,00. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 7: Diagram för algtillväxt (g / L), mängd rökgas som injiceras och mängden CO2 som injiceras som en funktion av tiden. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 8: Representation av temperaturövervakning. Legender: solid gul linje = raceway damm reaktor temperatur; heldragen grå linje = lufttemperatur; och streckad blå linje = AZMET Station temperatur (Arizona Meteorological Network). Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 9: Övervakning av algtillväxtparametrar. Legender: orange solid line = solstrålning; grå heldragen linje = elektrokonduktil (EG), och gul heldragen linje = upplöst syre (DO). Klicka här för att se en större version av denna figur.
| Komponenter | Koncentration i lösning (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 |
| NiCl2·6H2O | 0.0001 |
Tabell 1: Recept för spårämneslösning.
| Komponenter | Vanligt namn | Koncentration i lösning (g/l) |
| (NH2) 2 CO | Urea | 0.1 |
| MgSO4·7H2O | Magnesiumsulfat | 0.012 |
| NH4H2PO4 | Ammoniumfosfat | 0.035 |
| KCl | Pottaska | 0.175 |
| FeCl3 | Järncitrat (Citraplex) | 0.005423 |
| Spårmetalllösning | Volym på 1000x Micros (ml) | 1 |
Tabell 2: Optimerat medierecept för 1 L.
Kompletterande kodningsfiler. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I denna studie visar vi att synergistiskt koppling av rökgaskolavskiljning och mikroalgodling är möjlig i ett varmt halvtorrt klimat. Det experimentella protokollet för det halvautomatiserade raceway-dammsystemet integrerar toppmodern teknik för att övervaka relevanta parametrar i realtid som korrelerar med algtillväxt när rökgas används som kolkälla. Det föreslagna protokollet är avsett att minska osäkerheten vid algodling, vilket är en av de största nackdelarna med racewaydammar 20,21,36. Enligt vår erfarenhet involverar protokollets mest kritiska steg pH-styrsystemet och en effektiv metod för att inokulera systemet (figur 2). PH-styrsystemet levererar rökgas/CO2 och representerar en strategi för att optimera effektiviteten vid avskiljning och användning av CO2 (figur 3)37. Detta kontrollerade system har visat sig vara effektivare än ett kontinuerligt injektionssystem för mikroalgodlingsprocessen eftersom det minskar utgasningen samtidigt som det levererar tillräckligt med rökgas för att uppnå maximal algtillväxthastighet20,37. När rökgasinjektionen baseras på pH är en nyckelfaktor för algodling att välja ett adekvat pH-värde för mikroalgarterna innan man inokulerar racewaydammen38,39. Qiu et al.40 fann att ett pH-värde på 8 är det bästa för sötvattensarten Chlorella sorokiniania när man överväger celltillväxt och lipidproduktion40. Dessutom rekommenderar Molina Grima et al.41 ett pH under 8 för att minska kväveförlusten och uppnå bättre kväveupptag av mikroalgerna/biomassan41. Yuvraj et al.42 föreslår emellertid att pH inte är en lämplig metod för att utvärderaCO2-halten i vattnet på grund av effekten av kvävebefruktning på mediets surhet42. Våra resultat visar att pH effektivt kan användas för att hantera CO2-injektion för det system som presenteras här (Figur 6); vår hantering av rökgasinjektioner, som höll kulturen vid pH 8, resulterade i höga biomassautbyten och replikerbarhet (figur 7).
Efter ympning måste algerna acklimatisera sig till systemet för att undvika fotoinhibering och för att anpassa sig till den höga temperaturen på racewaymediet. I detta heta halvtorra klimat har vi observerat algfotoinhibition på grund av hög solstrålning 39,43,44 (Figur 9). Denna effekt kan inte bara fördröja utan också hämma mikroalginokulering under exponentiell fas 32,35,45,46,47. För att minska acklimatiseringspåverkan på mikroalgerna utformade vi en framgångsrik och genomförbar strategi som består av att delvis skugga racewaydammen med träpallar. Denna strategi gör att mikroalgerna kan exponeras upprepade gånger men under korta perioder för solförhållandena. En annan stressfaktor är rökgasens höga temperatur och den omgivande luften 33,48 (figur 8). Rökgastemperaturen är ganska hög vid efterförbränningssteget 10,48,49. Att använda rökgasen genom att direkt injicera den från den avskirade rörledningen i racewaydammen kan bidra till att ytterligare öka mediets temperatur. Därför kommer en kondensor följt av en vattenfälla som ligger före kompressorn inte bara att minska värmeöverföringen utan också mängden vatten som når kompressorn (Figur 2). Vi fann att båda enheterna var nödvändiga för att minska kompressorns felfrekvens. Dessutom måste luftfuktighet, rökgastemperatur och rökgasens frätande natur beaktas vid uppskattning av kompressorns livscykel och underhåll. Dessutom orsakar höga temperaturer högre avdunstningshastigheter.
Detta protokoll är föremål för vissa begränsningar. Enligt figur 6 kunde reglerventilen inte injicera tillräckligt med rökgas när fotosyntesen var på topp. Denna effekt kan hänföras till låg massöverföring från gasformig till vätskefas på grund av reaktorkonstruktionen 5,16,50,51. Mendoza et al.36,52 och de Godos et al.16 uppgav att racewaydammar har en dålig gas/ vätskemassöverföring, vilket representerar en av de allvarligaste designbegränsningarna 16,36,52. Deras grunda kanaldesign begränsarCO2-massöverföringen på grund av det korta gränssnittsområdet mellan gasen och odlingsmediet, vilket orsakar en ökning avCO2-avgasning (figur 2). Således har anordningar och nya konfigurationer föreslagits för att öka kontakttiden för gas / vätska, inklusive sumpar, blandningskolonner, permeabel silikon och spargingdiffusionssystem 36,52,53. Alla dessa system har använts i ett försök att förbättraCO2-massöverföringen; Vissa av dessa system förbättrar emellertid också näringsfördelningen, kontrollerar pH och tar bort överskott avO2 5,24,36,52. Slutligen är avbrott andra begränsningar som kan uppstå när man fångar in och använder verklig rökgas från ett kraftverk. Dessa avbrott är inte alltid schemalagda. Således bör tillfälliga alternativa källor tillCO 2 övervägas, till exempel omlokalisering eller anslutning avCO2-huvudlinjen till flera kraftenheter (figur 1).
Förmågan att producera mikroalger med detta protokoll stöds av våra resultat om algproduktivitet (figur 5), algsvar på de valda parametrarna (figur 6, figur 8, figur 9) och framgångsrik odling av de önskade algarterna när de vårdas genom direkt rökgasinjektion. Öppna reaktorer är billigare att driva, och därmed bygger detta protokoll på deras styrkor för att påskynda kommersiell utbyggnad av denna form av koldioxidavskiljning och användning 16,20,54,55,56. Denna heta halvtorra region upplever hög solstrålning och signifikanta temperaturfluktuationer året runt (figur 8 och figur 9)57; Därför är det ett utmärkt läge att testa denna typ av protokoll. Den optiska densitetssensorn gav konsekventa OD-avläsningar för vårt öppna utomhussystem (figur 5); denna typ av datainsamling skulle vara opraktisk med hjälp av andra sensorer. Sensorerna svarade också bra på de betydande temperaturvariationerna från dag till natt (figur 8), vilket gjorde det möjligt för oss att fatta snabba beslut om algproduktivitet29. Dessutom har det föreslagna optimerade mediet den avgörande fördelen att det är baserat på kommersiellt gödselmedel och lättillgängliga näringskällor58 (tabell 1 och 2). Detta medium kan enkelt produceras internt eller kan anskaffas på begäran av företag inom flytande gödselmedel inom jordbruket58. Slutligen testades det halvautomatiska protokollet i ett ytterligare naturgaskraftverk. Resultaten av den bekräftelsestudien presenteras inte i denna uppsats. I den bekräftelsestudien var protokollet framgångsrikt trots de extrema väderförhållandena i Tucson och de exceptionellt heta temperaturerna vid produktionsstationen på grund av reaktorns placering inom kraftverkets layout. Därför har protokollreplikerbarhet undersökts för Tucsons miljö när naturgas används som bränsle för att producera el.
Följande steg rekommenderas för att vidareutveckla detta protokoll och för att förbättra och förbättra automatiseringen av de involverade processerna. Den första rekommendationen är att göra rökgasinjektionen till en helt variabel process, vilket förbättrarCO2 - och pH-hanteringen; det aktuella programmet öppnar helt injektionsventilen när pH stiger över 8 och stänger det när pH når 8 igen. Att förbättra hur CO2 injiceras är också nödvändigt. Syftet är att minska storleken påCO2-bubblorna , det vill säga att generera mikrobubblor för att förbättraCO2-diffusionen i mediet utan att tillgripa injektion av rökgas vid högre tryck. Att använda förbättrade injektorer, vilket minskar driftskostnaderna för energi, anses nödvändigt vid en kommersiell tillämpning av protokollet. Det rekommenderas också att man inför prediktiva verktyg baserade på väderprognosen och nuvarande mikroalgstatus för att kontrollera rökgasen och gödningsmedlet, främst N, för att förbättra N-användningseffektiviteten. Användningen av beräkningsvätskedynamisk modellering anses vara ett viktigt verktyg för att vidareutveckla det föreslagna protokollet; modellering kan hjälpa till att optimera design, konfiguration och drift av all hårdvara som är involverad i övervakning och hantering av mikroalgerna. Ett annat område som kan utforskas i framtiden är tillämpningen av miljö-DNA (eDNA) och PCR-tekniker i realtid för att övervaka mikroalgödans hälsa och sammansättning. Vattenprover skulle kunna analyseras, och resultaten skulle indikera om de objektiva mikroalgerna är den dominerande arten i mediet eller om den konkurrerar eller har ersatts av en annan organism.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes genom regionala Algal Feedstock Testbed-projektet, U.S. Department of Energy DE-EE0006269. Vi tackar också Esteban Jimenez, Jessica Peebles, Francisco Acedo, Jose Cisneros, RAFT Team, Mark Mansfield, UA-kraftverkspersonal och TEP-kraftverkspersonal för all deras hjälp.
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).
