اقتران التقاط الكربون من محطة توليد الكهرباء مع أحواض السباق المفتوحة شبه الآلية لزراعة الطحالب الدقيقة

يمكن لنظام زراعة المجاري المائية شبه الأوتوماتيكي الذي يتم التحكم فيه بواسطة مستشعر الأس الهيدروجيني التقاط غاز المداخن مباشرة من خطط الطاقة لزراعة الطحالب الدقيقة ويمكنه مراقبة نمو الطحالب الدقيقة بقياسات في الوقت الفعلي. يسمح نظام المفاعل بالالتقاط المباشر للكربون واستخدامه من غاز المداخن الصناعي لزراعة الطحالب الدقيقة في أنظمة المجاري المائية شبه الآلية في البرك المفتوحة في الموقع. يمكن استخدام النظام لزراعة أنواع الطحالب البديلة والتقاط الكربون من أي محطة طاقة.

لإنشاء بركة مجاري مائية مفتوحة ، قم بتوصيل خرطوم وقود 0.95 سم لالتقاط غاز المداخن أثناء عملية ما بعد الاحتراق ، قبل أمتار قليلة من دخول غاز المداخن إلى المكدس ليتم تصريفه في الغلاف الجوي. ضع مصيدة مياه سعة 20 لترا ومكثفا بطول 12 مترا تقريبا بين المكدس والضاغط لإزالة الماء من غاز المداخن. لمراقبة نمو الطحالب ، قم بتوصيل مستشعر الكثافة الضوئية في الوقت الفعلي الذي يقيس الامتصاص عند 650 و 750 نانومتر ، ومستشعر الأكسجين المذاب ، والمزدوجات الحرارية للهواء والبركة ، ومستشعر الأس الهيدروجيني ، ومستشعر التوصيل الكهربائي بمسجل البيانات.

لإعداد نظام التحكم في الأس الهيدروجيني ، قم بتوصيل نظام الضاغط وصمام التحكم ببرنامج مسجل البيانات لإدارة حقن غاز المداخن واستخدام أنبوب لتوجيه غاز المداخن من صمام التحكم عبر موزع الحجر إلى قاع بركة المجاري المائية ، ثم اضبط النظام على حقن غاز المداخن عندما تكون قيمة الأس الهيدروجيني أكبر من 8.05 ولإيقاف حقن غاز المداخن عندما يكون الرقم الهيدروجيني أقل من ثمانية. لإنشاء نظام استزراع الطحالب ، اضبط غرفة الاستزراع على 25 درجة مئوية في دورة إضاءة مدتها 12 ساعة ، ودورة مظلمة لمدة 12 ساعة ، واستخدم أملاح الماء منزوعة الأيونات والمغذيات الدقيقة والمغذيات الدقيقة لتحضير وسط استزراع BG-11. استخدم حلقة معقمة لاختيار مستعمرة طحالب واحدة من لوحة الاستزراع وتلقيح الطحالب في أنبوب سعة 50 مليلتر يحتوي على وسط نمو معقم في خزانة سلامة حيوية نظيفة.

قم بزراعة المزرعة السائلة الصغيرة على طاولة شاكر بمعدل 120 دورة في الدقيقة لمدة أسبوع واحد. في نهاية الحضانة ، قم بنقل الحجم الكامل لزراعة الطحالب إلى 500 مل من المزرعة السائلة في قارورة سعة لتر واحد وأغلق القارورة بسدادة مطاطية مزودة بأنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ لتوفير التهوية. قم بتصفية الهواء باستخدام مرشحات تعقيم الهواء 0.20 ميكرون والسماح للثقافة بالنمو لمدة أسبوع إلى أسبوعين آخرين باستخدام مقياس الطيف الضوئي لمراقبة كثافة الخلية يوميا.

في نهاية فترة الاستزراع ، أضف 500 مل من ثقافة الطحالب السائلة إلى ثمانية لترات من وسط الاستزراع غير المعقم في كاربوي سعة 10 لترات وحقن خليط من 5٪ ثاني أكسيد الكربون و 95٪ هواء في العربة. راقب لوحة المخزون والمزارع السائلة تحت مجهر ضوئي بتكبير 10 و 40 ضعفا مرة واحدة في الأسبوع لضمان نمو السلالة ذات الاهتمام. لتلقيح بركة مجاري السباق المفتوحة في الهواء الطلق بالطحالب ، أولا ، قم أولا بتنظيف المفاعل جيدا طوال الليل باستخدام 30٪ مبيض.

اشطف المفاعل في صباح اليوم التالي حتى تتم إزالة كل مواد التبييض وقم بمعايرة جميع المستشعرات وفقا لإجراءات المعايرة المقابلة لها. املأ بركة المجاري المائية بنسبة تصل إلى 80٪ بالماء لتخفيف الوسط المركز وتلقيح البركة بعربة 10 لترات من زراعة الطحالب. قم بإحضار البركة إلى حجمها النهائي ، ثم قم بتظليل بركة المجاري المائية جزئيا بمنصات خشبية لمدة ثلاثة أيام تقريبا كاستراتيجية تكيف لتجنب تثبيط الصور للسماح للطحالب الدقيقة بالتأقلم مع نظام الاستزراع.

لإجراء تجربة نمو الدفعات ، قم بفحص وتسجيل أي اختلافات يومية بما في ذلك تبخر الماء أو محرك عجلة المجداف ووظيفة المستشعر أو أي شيء آخر خارج عن المألوف. قم بتصريف وفحص الضاغط ومصيدة المياه يوميا للسماح بإزالة أي مياه زائدة وتقليل تآكل غاز المداخن. قم بتكوين مسجل البيانات لمسح كل قياس مستشعر كل 10 ثوان ولتخزين متوسط بيانات المستشعر ودرجة حرارة الهواء والمفاعل كل 10 دقائق.

تأكد من أن مستوى الماء يظل ثابتا عند الحجم النهائي للمفاعل لتجنب التأثير على قياس الكثافة البصرية. بعد تجديد الماء في المفاعل ، اجمع عينة من الكتلة الحيوية للطحالب باستخدام زجاجة سعة 250 مل. قياس الكثافة البصرية في مقياس الطيف الضوئي.

تحقق من جودة زراعة الطحالب ثلاث مرات في الأسبوع عن طريق المجهر الضوئي. عندما تقترب المزرعة من الوصول إلى المرحلة الثابتة ، قم بحصاد 75٪ من إجمالي حجم زراعة الطحالب واستخدم لترين إلى خمسة لترات من معلق الاستزراع لإجراء تحليل إنتاجية الكتلة الحيوية في المختبر ، ثم معالجة وتحويل باقي الطحالب إلى منتجات الطحالب المرغوبة. هنا ، يمكن ملاحظة مقارنة بين المستشعر والقياسات المختبرية.

يظهر كلا التكاثرين اتجاهات متشابهة مع زيادة البيانات كدالة للوقت. تزداد قيم الكثافة الضوئية خلال النهار ، ولكنها تنخفض في الليل أثناء التنفس ، مما يشير إلى حدوث تغيير في إنتاجية الكتلة الحيوية ، وبالتالي فإن دمج مستشعر الكثافة الضوئية في الوقت الفعلي يجعل من الممكن اتخاذ قرارات إدارية فعالة حول نظام إنتاج الطحالب الشامل. في هذا التحليل ، تم حقن غاز المداخن من حوالي الساعة 8:00 صباحا.

حتى الساعة 6:00 مساء ولكن لم يتم حقنها بين الساعة 6:00 مساء و 8:00 صباحا.

تعكس دورة النهار / الليل هذه التعرض لضوء النهار لأشعة الشمس وقلة الضوء أثناء الليل ، وبالتالي تنشيط عملية التمثيل الضوئي أو التنفس الضوئي على التوالي. كما هو موضح في هذا الشكل ، مع زيادة معدل نمو الطحالب ، هناك حاجة إلى المزيد من غاز المداخن ، مما يؤكد أن نظام حقن نبض غاز المداخن فعال في تسهيل احتجاز الكربون واستخدامه من خلال زراعة الطحالب الدقيقة. يمكن أيضا استخدام المعلمات الكيميائية الفيزيائية الأخرى لإنشاء علاقة بين المعلمات ونمو الطحالب وإنتاجيتها.

من المهم التأكد من إعداد نظام الأس الهيدروجيني بشكل صحيح ومعايرة جميع المستشعرات قبل تلقيح أحواض المجاري المائية بالطحالب الدقيقة. تشمل الطرق الأخرى التي يمكن إجراؤها باستخدام بركة المجاري المائية أثناء إنتاج الكتلة الحيوية للطحالب الدقيقة استخراج الدهون أو الكربوهيدرات أو الصبغة ، وقياسات الوزن الجاف الخالية من الرماد ، ومراقبة جودة تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR).