Name: 発電所からの炭素回収と微細藻類栽培用の半自動オープンレースウェイ池の結合 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-08-14T16:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 17 s
Description: 学ぶ 発電所排ガスからの炭素回収と微細藻類栽培の半自動システム。pHセンサー制御によるリアルタイム光密度測定で培養条件を最適化し、産業用CO2排出削減と持続可能なバイオ燃料生産に貢献する環境バイオテクノロジー手法です。

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この作業は、米国エネルギー省DE-EE0006269の地域藻類原料テストベッドプロジェクトを通じて支援されました。また、エステバン・ヒメネス、ジェシカ・ピーブルズ、フランシスコ・アセド、ホセ・シスネロス、RAFTチーム、マーク・マンスフィールド、UA発電所スタッフ、TEP発電所スタッフの協力にも感謝します。

1.成長システム:屋外オープンレースウェイ池の設定
<ol><li>煙道ガス源(8~10%CO2を含む)の近くにオープンな軌道池を設置する。池の原子炉の場所で水と電気が利用可能であり、原子炉が一日の大半を日陰にないことを確認します(図1)。</li>
	<li>燃焼後プロセスでは、煙道ガスが煙突に入って大気中に排出される数メートル前に、0.95cmの燃料ホースを使用して煙道ガスを捕捉します(図2)。</li>
	<li>スタックとコンプレッサーの間に20 Lのウォータートラップとコンデンサー(コイル長~12 m)を使用して、煙道ガスから水を除去します(図2)。 注:煙道ガスは、通常、約9〜1213.8%の水28を含む。また、凝縮器及びパイプラインは排煙16を冷却する。</li>
	<li>藻類の成長を監視するために、以下のセンサをデータロガーに接続する:(1)2つの波長(650および750nm)での吸光度を測定し、1.05g / Lの最大藻類細胞濃度を検出できるリアルタイム光学濃度センサ29;(2) DOセンサ;(3)空気および池の熱電対;(4)pHセンサ;(5)ECセンサ。 メモ:さらに、pHセンサーとECセンサーは送信機に接続されています。データロガーユニットの構成を 図3に示す。</li>
	<li>藻類の成長システムのすべてのコンポーネントが較正され、接種前に適切に動作していることを確認してください。</li>
</ol>2. pH制御システム
<ol><li>図2および図3(補足資料A)に示すように、コンプレッサ、制御バルブシステム、およびデータロガープログラムを使用して、煙道ガス噴射を管理します。</li>
	<li>チューブを使用して、制御バルブから石のディフューザーを介して軌道池の底に煙道ガスを導きます。</li>
	<li>pHに基づいて煙道ガスを成長システムに注入する。pH値が8.05より大きい場合、システムは煙道ガスを注入し、pHが8.00未満の場合、システムは成長のない期間に煙道ガス注入を停止します。流量は、標準リットル/分(SLPM)で測定されます。 メモ:制御バルブでは、入口煙道ガス圧力は最大50psiに制限されています。</li>
</ol>3. 藻類の選択とひずみ維持(光と温度)
注:緑藻類クロレラ・ソロキニアナDOE 1412は、Juergen Polle(ブルックリン大学)30,31によって単離され、National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts(NAABB)によって選択されました。その選択は、Huesemann et al.32,33によって行われた以前の株特性評価研究に基づいていた。屋外のオープンレースウェイ池を使用する場合の南西部地域の藻類スクリーニング、バイオマス生産性、気候シミュレーション培養(温度や光など)に関する研究は、このプロジェクトで使用される方法に情報を提供しました。
<ol><li>培養物を室温(25°C)で12時間/12時間の明暗サイクルを用いて維持する。</li>
	<li>プレート上および小型液体培養(50 mL ~ 500 mL)で増殖させた培養維持のために、光強度を200 μM/m2/sに保ちます。</li>
	<li>液体培養物50 mL~500 mLでは400 μM/m 2/sでスケールアップ増殖し、液体培養では5 L~20 Lで600 μM/m2/sで光強度を維持します。</li>
</ol>4. スケールアップと品質管理
<ol><li>BG11培養液をイオン交換水と以下の塩類を用いて、主要栄養素としてg/Lで調製する:1.5 NaNO3、0.04 K 2 HPO 4、0.075 MgSO 4*H2 O、0.036 CaCl 2*H2O、0.006 (NH 4)5Fe(C6H 4O7)2、0.006 Na 2 EDTA*2H 2 O、 02Na2CO3;2.86 H3 BO 3、1.81 MnCl 2*4H 2O、0.22 ZnSO 4*7H 2 O、0.39 Na 2 MoO 4*2H2 O、0.079CuSO 4*5H 2 O、0.0494 Co(NO3)2*6H2Oの微量栄養素を含む微量元素溶液を1mL/L加える。 注:プレート接種および/または長期保存のために、7.5g / Lのバクト寒天を加える。培養接種のために、寒天の添加は必要ない。オートクレーブ内の培養液を121°Cで21分間滅菌する。</li>
	<li>BG11培地を寒天とともに滅菌層流フードまたはバイオセーフティキャビネット内のペトリ皿に注ぎます。プレートが固く冷たくなったら、再懸濁した凍結藻類ストック培養物から500μLのピペットをピペットし、アンピシリン(100μg/mL)を加える。藻類プレートをシェーカーテーブル(120rpm)で1〜2週間インキュベートする。</li>
	<li>滅菌ループを使用して、培養プレートから単一の藻類コロニーを選択し、クリーンなバイオセーフティキャビネット内の滅菌増殖培地を含む50mLチューブに接種します。小さな液体培養物をシェーカーテーブル(120rpm)上で1週間成長させる。</li>
	<li>50 mLの藻類培養物(線状成長期、OD750nm ≥1)を500 mL液体培地を含む1 Lフラスコに移す。各フラスコにゴム栓とステンレスチューブをはめ込み、通気を提供します。0.2μmの空気滅菌フィルターを使用して空気をろ過します。文化を1〜2週間成長させましょう。分光光度計(OD750nm)を用いて細胞密度をモニターする。</li>
	<li>500 mL の液体培養物を、8 L の非滅菌培養液を含む 10 L のカーボーイに入れ、5%CO2 と 95% の空気の混合物を注入します。次いで、ステップ4.4と同じ条件で藻類を培養する。</li>
	<li>ストックプレートおよび液体培養物(ステップ4.2〜20124.5)を週に1回監視する。アリコートを取り、顕微鏡下で10倍および40倍の倍率で観察し、所望の株の成長を確実にする。文化が侵害されるか、実験に使用されるまで保持しました。汚染された培養物は廃棄する。</li>
</ol>5. 開放池耕作のための濃縮培地調製
<ol><li>微量元素溶液を調製し、1Lメスフラスコに蒸留水(DW)を部分的に充填した。マグネチックスターラーバーを挿入し、 表1 に示す薬品を順次加える。次の成分を添加する前に、各成分が溶解することを確認してください。磁石を取り外し、フラスコを1Lの体積マークまで満たします。</li>
	<li>1Lのガラス瓶にDWを部分的に充填し、マグネチックスターバーを挿入します。容器をマグネチックスターラープレートの上に置き、反応器の最終容量の化学物質を加え、それらを順番に添加して、それぞれが完全に溶解するようにします。 表 2 に、1 L の培地を準備するための化学物質がリストされているので、すべての値に反応器の最終容積を掛けます。ガラス瓶を1Lに充填する。</li>
</ol>6. 屋外オープンレースウェイ池接種
<ol><li>各接種前および収穫後に30%の漂白剤を使用して反応器を徹底的に洗浄する。漂白剤は一晩放置することをお勧めします。反応器をよくすすぎ、すべての漂白剤を取り除きます。</li>
	<li>藻類接種前に、対応する校正手順に従ってすべてのセンサーを校正します。</li>
	<li>軌道池を最大80%まで充填することによって、水源を使用して濃縮培地を希釈する(ステップ5で)。</li>
	<li>藻類で満たされた10Lカーボーイ(線状成長期OD750nm > 2)を用いて反応器に接種し、それを最終体積にする。</li>
	<li>微細藻類を木製パレットで部分的に遮光して~3日間(図4)順応させ、指数関数的な段階が経過したら、光阻害を回避する適応戦略として。 注:この期間はまた、微細藻類が煙道ガスの直接注入によって引き起こされるストレスに適応する時間を提供する。</li>
</ol>7. 発電ステーションでのバッチ成長実験
<ol><li>水の蒸発、パドルホイールモーター、センサー機能など、日常的な変動を検査して記録します。</li>
	<li>コンプレッサーとウォータートラップを毎日排水して検査し、煙道ガスは非常に腐食性が高いため、腐食を最小限に抑えるために余分な水を除去します34。</li>
	<li>各センサー測定値を10秒ごとにスキャンし、10分ごとに平均データを保存するようにデータロガーを構成します。これらには、DO、pH、EC、リアルタイム光学密度、空気および反応器温度が含まれます。</li>
</ol>8. 離散サンプリングとモニタリング
<ol><li>原子炉の最終体積で水位が一定であることを確認してください、さもなければ光学濃度測定は影響を受けるでしょう。</li>
	<li>反応器内の水を補充した後、紫外可視分光光度計を用いて光学密度(540、680、および750nm)による細胞塊測定のために5mLのサンプルを採取する。このプロセスを毎日繰り返します。</li>
	<li>500mLのサンプルを週に3回採取し、顕微鏡観察と無灰乾燥重量(AFDW)に基づくバイオマス濃度を測定します。<ol>
<li>10倍および40倍の対物レンズで顕微鏡観察を行います。さらに、これらの顕微鏡倍率は、ステップ4.6で説明した藻類品質管理の一部として使用されます。</li>
		<li>AFDWにはステップ8.3で400mLのサンプルを使用する<ol>
<li>孔径0.7μmのガラスマイクロファイバーフィルターをアルミ箔トレイにセットし、540°Cで4時間の炉でアルミ箔トレイ/フィルターを前処理します。</li>
			<li>各アルミ箔トレイに#2鉛筆でラベルを付け、その重量(A)を記録し、真空フィルター装置に入れます。</li>
			<li>ろ過する体積を測定する前に、藻類サンプルを激しく攪拌する。十分な藻類サンプルをろ過して、8〜16mgの灰の前/後重量差を与える。実験の過程で使用する重量差を選択し、この値を一定に保ちます。</li>
			<li>藻類サンプルを含む各フィルターをその箔トレイに入れ、105°Cのオーブンに少なくとも12時間置く。</li>
			<li>ホイルトレイ/フィルターを乾燥炉から取り出し、ガラス製デシケーターに入れて水分の取り込みを防ぎます。各ホイルトレイ/フィルター重量(B)を記録します。</li>
			<li>ホイルトレイ/フィルターを540°Cのマッフル炉に4時間置きます。</li>
			<li>マッフル炉の電源を切り、ホイルトレイ/フィルターを冷却し、デシケーターに入れ、各ホイルトレイ/フィルター重量(C)を記録します。</li>
			<li>重量分析を使用してAFDWを計算する: % AFDW= C – A x 100 / B</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>溶媒を用いたマイクロ波支援抽出(MAE)脂質抽出分析のために収穫する前に、2 Lの藻類を保持する。<ol>
<li>藻類サンプルを相対遠心力(RFC)で4,400 x g で15分間遠心分離します。藻類ペレットを取り、80°Cのオーブンを用いて少なくとも24時間乾燥させる。</li>
		<li>藻類サンプルを粉砕し、藻類粉末を計量する(推奨バイオマスの範囲は0.3g〜0.5g)。</li>
		<li>藻類粉末(乾燥藻類バイオマス)をマイクロ波加速反応系(MARS)Xpress容器に加え、フードの下にクロロホルム:メタノール(2:1、v/v)溶媒溶液10mLを加え、容器を閉じ、一晩放置する。</li>
		<li>溶媒センサーを使用して容器をMARSマシンに70°C、800Wの電力で60分間置きます。</li>
		<li>MARSから容器を取り出し、ボンネットの下で冷やします。</li>
		<li>漏斗とグラスウールを使用して、各液体サンプルを予め秤量したガラス試験管に移すことによってクロロホルム、メタノール、および脂質を含む液体部分を分離し、他の分析のために固体(脂質を含まないバイオマス)を保つ。</li>
		<li>脂質を含む試験管を窒素蒸発器に持って行き、液体が蒸発したらそれらを取り出し、その後、完全な乾燥を確実にするためにチューブをボンネットの下に一晩放置する。</li>
		<li>重量分析を使用して脂質含有量(重量%)を計算する: 脂質含量(質量%)=脂質の乾燥バイオマス×100/乾燥藻類質量</li>
	</ol>
</li>
</ol>9. 藻類の収穫と輪作
<ol><li>培養物が定常期に達するのに近づいたときに全藻類培養体積の75%を収穫する。実験室でバイオマス生産性分析を行うために2〜20125Lの培養物を取る。残りの藻類を処理し、所望の藻類製品に変換する。</li>
	<li>残りの25%の藻類を接種源として使用して、開いた軌道池を再成長させる。反応器の全容積の80%まで水を加え、濃縮媒体を加えてから、必要に応じて反応器の最終容積まで充填を終える。</li>
	<li>温度と光強度条件に基づいて、季節に応じて適切な藻類株を栽培する。</li>
</ol>10. データ管理
<ol><li>データロガーにデータを記録し、ステップ7.3のように分析のために収集します。</li>
	<li>生データと分析データを地域藻類原料テストベッド(RAFT)共有ドライブに保存することを検討してください。RAFTプロジェクトの共同研究者は、藻類の生産性をシミュレートおよびモデル化し、屋外栽培を検証するためにデータを提供します。</li>
</ol>

著者らは開示するものは何もありません。

本研究では、高温の半乾燥気候において、排煙の炭素回収と微細藻類の培養を相乗的に結合させることが可能であることを実証する。半自動化された軌道池システムの実験プロトコルは、炭素源として煙道ガスを使用する場合に藻類の成長に相関する関連パラメータをリアルタイムで監視するための最先端の技術を統合しています。提案されたプロトコルは、軌道池20、21、36の主な欠点の1つである藻類栽培における不確実性を軽減することを意図している。私たちの経験では、プロトコルの最も重要なステップには、pH制御システムとシステムに接種する効果的な方法が含まれます(図2)。pH制御システムは、煙道ガス/CO2を供給し、CO2の回収と利用の効率を最適化する戦略を表しています(図3)37</su...

地球温暖化は、現在、世界が直面している最も重要な環境問題の一つです1。研究によると、主な原因は、人間活動による大気中の温室効果ガス(GHG)排出量、主にCO2の増加である2,3,4,5,6,7。米国では、CO2排出量の最大の密度は、主にエネルギー部門、特に発電プラント3、7、8、9における化石燃料の燃焼に由来する。したがって、炭素回収利用(CCU)技術は、GHG排出量2,7,10を削減するための主要な戦略の1つとして浮上しています。これらには、日光を利用して、栄養素の存在下で光合成を介してCO2と水をバイオマスに変換する生物学的システムが含まれる。微細藻類の使用は、速い増殖速度、高いCO2固定能力、および高い生産能力のために提案されている。さらに、微細藻類は、バイオマスを化石燃料7、9、10、11、12を置き換えることができるバイオ燃料などの関心のある製品に変換することができるため、幅広いバイオエネルギーの可能性を秘めている。
微細藻類は、開放軌道池および閉鎖型フォトバイオリアクター13、14、15、16、17、18、19を含む様々な栽培システムまたは反応器において増殖および生物学的変換を達成することができる。研究者らは、屋内または屋外の条件下で、両方の栽培システムにおけるバイオプロセスの成功を決定する利点と限界を研究しました5,6,16,20,21,22,23,24,25.オープンレースウェイ池は、煙道ガスをスタックから直接分配できる状況での炭素回収と利用のための最も一般的な栽培システムです。このタイプの栽培システムは、比較的安価であり、スケールアップが容易であり、エネルギーコストが低く、混合のためのエネルギー要件が低い。さらに、これらのシステムは発電所と簡単に共存できるため、CCUプロセスをより効率的に行うことができます。しかし、CO2気体/液体物質移動の制限など、考慮する必要があるいくつかの欠点があります。制限はあるものの、屋外の微細藻類バイオ燃料生産に最も適したシステムとして、開放的な軌道池が提案されている5,9,11,16,20。
この記事では、天然ガス発電所の煙道ガスからの炭素回収を組み合わせた、オープンな軌道上の池での微細藻類栽培方法を詳述します。この方法は、培養pHに基づいて煙道ガス注入を制御する半自動化システムからなる。このシステムは、光学密度、溶存酸素(DO)、電気伝導度(EC)、空気および池の温度センサーを使用して、 クロレラ・ソロキニアナ の培養状態をリアルタイムで監視および記録します。藻類バイオマスと排煙注入データは、ツーソン電力施設で10分ごとにデータロガーによって収集されます。藻類株の維持、スケールアップ、品質管理測定、バイオマス特性評価(光学密度、g/L、脂質含有量の相関など)は、アリゾナ大学の研究室で行われます。以前のプロトコルは、コンピュータシミュレーション26を介してフォトバイオリアクターにおける微細藻類の成長を促進するために煙道ガス設定を最適化する方法を概説した。ここで提示されたプロトコルは、オープンな軌道池を利用し、生産された煙道ガスを直接利用するために天然ガス発電所で現場で実装されるように設計されています。さらに、リアルタイムの光学密度測定もプロトコルの一部です。記載されているように、このシステムは暑い半乾燥気候(ケッペンBSh)に最適化されており、降水量が少なく、降水量が年々大きく変動し、相対湿度が低く、蒸発率が高く、晴天し、強い日射量が強い27。

<table><tbody><tr><td>調整可能な速度モーター(パドルホイールシステム)</td><td>リーソン</td><td>174307</td><td>レッスン174307.00、タイプ:SCR電圧;アンペア:10</td></tr><tr><td>アルミ重量ボートフィ</td><td>ッシャーサイエンティフィック</td><td>08-732-102</td><td>フィッシャーブランドアルミニウム計量皿アン</td></tr><tr><td>モニウム鉄(III)(NH?)?[Fe(C?H?おっと?)?]</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>1185-57-5</td><td>ミディアム製剤。クエン酸アンモニウム鉄(III)</td></tr><tr><td>リン酸アンモニウム</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>7722-76-1</td><td>この化学物質は、最適化された媒体</td></tr><tr><td>アンピシリンナトリウム塩</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A9518-5G</td><td>この化学物質は、藻類の汚染を回避するために使用されます</td></tr><tr><td>オートクレーブ</td><td>Amerex Instrument Inc</td><td></td><td>Hirayama HA300MII</td></tr><tr><td>Bacto 寒天</td><td>フィッシャー 科学BP1423500</td><td></td><td>フィッシャーバイオ試薬粒状寒天</td></tr><tr><td>漂白剤クロ</td><td>ロックス</td><td></td><td>殺菌漂白剤、濃縮クロロックス</td></tr><tr><td>ホウ酸(H3BO3)</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>10043-35-3</td>微<td>量元素:ホウ酸</td></tr><tr><td>塩化カルシウム二水和物(CaCl2 * 2H2O)</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>10035-04-8</td><td>中程度の調製。塩化カルシウム二水和物</td></tr><tr><td>Carboys (20 L)</td><td>Nalgene - Thermo Fisher Scientific</td><td>2250-0050PK</td><td>ポリプロピレン カーボーイ ハンドル付き</td></tr><tr><td>遠心分離機</td><td>Beckman Coulter, Inc</td><td></td><td>J2-21</td></tr><tr><td>クロロホルム</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>67-66-3</td><td>この化学物質は脂質抽出に使用されます</td></tr><tr><td>Citraplex 20% 鉄</td><td>ラブランド製品</td><td>SDS No. 1000595582 -17-LPI</td><td>https://www.fbn.com/direct/product/Citraplex-20-Iron#product_info</td></tr><tr><td>硝酸コバルト (II) 硝酸ヘキサハイドレート (Co(NO3)2*6H2O)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>10026-22-9</td><td>微量元素: コバルト (II) 硝酸ヘキサハイドレート</td></tr><tr><td>コンプレッサー</td><td>マキタ</td><td>MAC700</td><td>この装置は、注入 CO2 システム</td></tr><tr><td>コントロール バルブ</td><td>シエラ インスツルメンツ</td><td>SmartTrak 100</td> <td>に使用されますこのアイテムは、アプリケーションに合わせてカスタマイズする必要があります。私たちの場合、5%のCO2と95%の空気混合物を使用しました。</td></tr><tr><td>銅 (II) 硫酸塩五水和物 (CuSO4*5H2O)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>7758-99-8</td><td>微量元素: 銅 (II) 硫酸塩五水和物</td></tr><tr><td>データロガー: キャンベルユニット CR3000</td><td>科学キャンベル</td><td>CR3000</td><td>この装置は、すべてのシステムを制御し、モーター駆動とデータを記録するために使用されます</td></tr><tr><td>溶解酸素溶液</td><td>キャンベル科学</td><td>14055</td><td>溶存酸素電解質溶液 DO6002 - ロット番号。</td></tr><tr><td>211085溶存酸素プローブ</td><td>Sensorex</td><td>?</td><td>DO6400/T デジタル通信付き溶存酸素センサー</td></tr><tr><td>電気伝導性校正液</td><td>Ricca Chemical Company</td><td>2245 - 32 ( R2245000-1A )</td> <td>導電率標準、25C で 5000 uS/cm (NaCl として 2620 ppm TDS)</td></tr> <tr><td>電気伝導性プローブ センサー</td><td>Hanna Instruments</td><td>HI3003/D</td><td>フロースルー 導電率プローブ - NTC センサー、DIN コネクタ、3m ケーブル</td></tr><tr><td>エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩二水和物 (Na2EDTA*2H2O)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>6381-92-6</td><td>媒体の準備:エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩二水和物</td></tr><tr><td>フィルター</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>09-874-48</td><td>Whatmanバインダーフリーガラスマイクロファイバーフィルター</td></tr><tr><td>フラスコフィ</td><td>ッシャーサイエンティフィック</td><td>09-552-40</td>パイ<td>レックスフェルンバッハフラスコ</td></tr><tr><td>炉</td><td>Hogentogler</td><td>モデル:F6020C-80</td><td>サーモシセンチフィックサーモリンF6020C-80マッフル炉</td></tr><tr><td>ガラスデシケーター</td><td>VWR International LLC</td><td>75871-430</td><td>タイプ 150、直径 140 mm</td></tr><tr><td>ガラス漏斗</td><td>フィッシャー サイエンティフィック</td><td>FB6005865</td><td>フィッシャーブランド 再利用可能なガラス ロングステム漏斗</td></tr><tr><td>層流フード</td><td>フィッシャー ハミルトン</td><td>セーフエア フィッシャー ハミルトン ステンレス セーフエア ヒュームフード</td>硫酸マグネシウム七水和物 (MgSO4*7H2O)フィッシャー サイエンティフィック 10034 - 99 - 8 中 準備: マグネシウム<td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>硫酸塩七水和物</td></tr><tr><td>メタノール</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>67-56-1</td><td>脂質抽出溶媒</td></tr><tr><td>マイクロバブルディフューザー</td><td>ペンテア 水生生態系</td><td>1PMBD075</td><td>この装置は、注入CO2システムに使用されます</td></tr><tr><td>微細藻類:クロレラ Sorokiniana</td><td>NAABB</td><td>DOE 1412</td><td></td></tr><tr><td>マイクロオスコープ</td><td></td><td></td><td>カールツァイス 4291097</td></tr><tr><td>マイクロ波アシスタント抽出</td><td>MARS, CEM Corportation</td><td></td><td>CEM Mars 5 Xtraction 230/60 マイクロ波加速反応システム。モデル: 907601</td></tr><tr><td>MnCl2*4H2O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>13446-34-9</td><td>塩化マンガン(II) 四水和物</td></tr><tr><td>迫撃砲</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>FB961B</td><td>フィッシャーブランドの磁器迫撃砲</td></tr><tr><td>窒素蒸発器</td><td>オルガノメーション</td><td></td><td>N-EVAP 112 窒素蒸発器 (OA-SYS 暖房システム)</td></tr> <tr><td>オーブン</td><td>VWR インターナショナル LLC</td><td>89511-410</td><td>強制空気オーブン</td></tr><tr><td>パドルホイール</td><td></td><td></td><td>8ブレード水平軸プロペラ。これは通常、パドルホイールリアクターの一部として提供されます。</td></tr><tr><td>パドルホイール</td><td>モーターLeeson</td><td>M1135042.00</td><td>Leeson、モデル:CM34025Nz10C; 1/4 HP;ボルト90;FR 34;62回転。</td></tr><tr><td>乳棒</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>FB961M</td><td>フィッシャーブランドの磁器乳棒</td></tr><tr><td>pH および EC トランスミッタ</td>ー <td>ハンナインスツルメンツ</td><td>HI98143</td><td>ハンナインスツルメンツ HI98143-04 pH および EC トランスミッター、ガルバニック絶縁 0-4V。</td></tr><tr><td>pH校正ソリューション</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>13-643-003</td><td>サーモサイエンティフィックオリオン pH緩衝液ボトル</td></tr><tr><td>pHプローブセンサー</td><td>ハンナインスツルメンツ</td><td>HI1006-2005</td><td>ハンナインスツルメンツ HI1006-2005 テフロン pH 電極、マッチングピン 5m。</td></tr><tr><td>ピペットチップ</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>1111-2821</td><td>1000 ul TipOne ラックの青いチップ</td></tr><tr><td>ピペットフィ</td><td>ッシャーサイエンティフィック</td><td>13-690-032</td><td>エッペンドルフ研究プラス 可変容量 ピペット: シングルチャンネル</td></tr><tr><td>プラスチックキュベット</td><td>フィッシャーサイエンティフィ</td>ック <td>14377017</td><td>BrandTech ブランドプラスチックキュベット</td></tr><tr><td>プレート</td><td>フィッシャーサイエンティフィ</td>ック <td>08-757-100D</td><td>Corning Falcon Bacteriological Petri Dishes with Lid</td></tr><tr><td>Potash</td><td></td><td></td><td>この化学物質は、最適な培地調製に使用されます。それは肥料の地元企業で購入されました</td></tr><tr><td>リン酸二塩基性カリウム (K2HPO4)</td><td>シグマ-アルドリッチ</td><td>7758 -11 - 4</td><td>中 準備: リン酸カリウム二塩基性</td></tr><tr><td>Pyrex 再利用可能な 媒体 収納ボトル</td><td>フィッシャー科学</td><td>06-414-2A</td><td>1 L および 2 L bottels - PYREX GL45 プラグシール付きスクリューキャップ</td></tr><tr><td>レースウェイ池</td><td></td><td></td><td>同様の機器はで購入できますhttps://microbioengineering.com/products</td></tr><tr><td>リアルタイム光学密度センサー</td><td>アリゾナ</td><td></td>大学 <td>この機器は、</td></tr><tr><td>RS232 ケーブル</td><td>Sabrent Sabrent</td><td></td><td>USB 2.0 からシリアル (9 ピン) DB-9 RS-232 コンバーター ケーブル、多作チップセット、Hexnuts、[Windows 10/8.1/8/7/VISTA/XP、Mac OS X 10.6 以上] 2.5 フィート (CB-DB9P)</td></tr> <tr><td>シェーカー テーブル</td><td></td><td></td><td>のメンバーによって設計および構築されました。藻類の攪拌 150 rpm</td></tr><tr><td>炭酸ナトリウム (Na2CO3)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>497-19-8</td><td>炭酸ナトリウム</td></tr><tr><td>モリブデン酸ナトリウム二水和物 (Na2MoO4*2H2O)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>10102-40-6</td><td>中 調製:モリブデン酸ナトリウム二水和物</td></tr><tr><td>硝酸ナトリウム (NaNO3)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>7631-99-4</td><td>中 調製:硝酸ナトリウム</td></tr><tr><td>分光光度計</td><td>フィッシャー・サイエンティフィック会社</td><td>14-385-400</td><td>Thermo Fisher Scientific - 10S UV-Vis GENESTYS 分光光度計円筒形ロングパスセルホルダー、内部リファレンスデクテクター、キセノンフラッシュランプ、デュアルシリコンフォトダイオード、240V、50〜60Hzが自動的に選択されます。</td></tr><tr><td>試験管フィ</td><td>ッシャーサイエンティフィ</td>ック<td>14-961-27</td><td>プレーンエンド付きフィッシャーブランド使い捨てホウケイ酸ガラス管(10 ml)</td></tr><tr><td>熱電対タイプK</td><td>オメガ</td><td>KMQXL-125G-6</td><td></td></tr>尿<tr><td>素</td><td>シグマ-アルドリッチ</td><td>2067-80-3</td><td>尿素</td></tr><tr><td>真空ろ過システム</td><td>フィッシャーサイエンティフィックXX1514700</td><td></td><td>MilliporeSigmaガラス製真空フィルターホルダー、47 mm。システムには以下が含まれます:すりガラスフラスコアタッチメント、粗いフリットガラスフィルターサポート、フラスコ</td></tr><tr><td>真空ポンプ</td><td>グレインジャー</td><td></td><td>マラソン電動ACモーター熱保護G588DX-MOD5KH36KNA510X。HPの1/4。RPM 1725/1425</td></tr>硫酸<tr><td>亜鉛七水和物(ZnSO4 * 7H2O)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>7446-20-0</td><td>硫酸亜鉛七水和物</td></tr></tbody></table>

発電所からの炭素回収と微細藻類栽培用の半自動オープンレースウェイ池の結合

Coupling Carbon Capture from a Power Plant with Semi-automated Open Raceway Ponds for Microalgae Cultivation

米国では、総二酸化炭素(CO2)排出量の35%が電力業界から発生し、そのうち30%が天然ガス発電を表しています。微細藻類は、植物よりも10〜15倍速くCO2をバイオフィックスし、藻類バイオマスをバイオ燃料などの目的の製品に変換することができます。したがって、この研究は、高温の半乾燥気候の米国南西部に位置する天然ガス発電所との微細藻類栽培の潜在的な相乗効果を実証するプロトコルを提示する。最先端の技術は、バイオ燃料にさらに加工することができる緑の藻類種クロレラソロキニアナを介して炭素の回収と利用を強化するために使用されます。半自動化されたオープンレースウェイ池を含むプロトコルを説明し、アリゾナ州ツーソンのツーソン発電所でテストされたときのその性能の結果について議論します。pHを制御するための主な炭素源として排煙を使用し、クロレラソロキニアナを栽培しました。最適化された培地を使用して藻類を増殖させた。時間の関数としてシステムに添加されたCO2の量は、綿密に監視された。さらに、藻類の成長速度、バイオマス生産性、炭素固定に影響を与える他の物理化学的要因(光学濃度、溶存酸素(DO)、電気伝導率(EC)、空気および池の温度など)がモニターされました。この結果は、脂質含有量が24%で、最大0.385g/Lの灰を含まない乾燥重量の微細藻類収量が達成可能であることを示している。CO2排出者と藻類農家との間の相乗的な機会を活用することで、藻類バイオ燃料およびバイオ製品の持続可能な生産を支援しながら、炭素回収を増加させるために必要な資源を提供することができる。

私たちの研究室からの以前の実験結果は、半自動化されたオープンレースウェイ池を使用した微細藻類培養が炭素回収プロセスと組み合わせることができることを示しています。これら2つのプロセスの相乗効果をよりよく理解するために(図2)、我々はプロトコルを開発し、暑い半乾燥気候の屋外条件下で緑藻類種 クロレラ・ソロキニアナ を栽培するためにそれを調整しました。天然ガス排煙は、産業用発電所から入手した。このプロトコルは、藻類バイオマスの生産性を評価するために様々な技術を使用しています:(1)リアルタイムの光学密度センサーを使用した藻類の成長(図5)。(2)pHの関数としての培養物への排煙オンオフパルス注入に対する藻類増殖(図6 および 図7);(3)藻類の成長は、温度、溶存酸素、電気伝導度などの環境パラメータと相関しています(図8 および ...

天然ガス発電所の煙道ガス中の二酸化炭素を利用して、オープンな軌道上の池で微細藻類を栽培するためのプロトコルが記載されている。煙道ガス注入はpHセンサーで制御され、微細藻類の成長は光学密度のリアルタイム測定で監視されます。

In the United States, 35% of the total carbon dioxide (CO2) emissions come from the electrical power industry, of which 30% represent natural gas ...

pHセンサーによって制御されるこの半自動レースウェイ培養システムは、微細藻類培養用の電源プランから煙道ガスを直接捕捉し、リアルタイムの測定で微細藻類の成長を監視できます。リアクターシステムは、工業用煙道ガスからの炭素を直接回収して使用し、オンサイトの半自動オープンポンドレースウェイシステムで微細藻類を成長させることができます。このシステムは、代替の藻類種を栽培し、あらゆる発電所から炭素を回収するために使用できます。オープンレースウェイ池を設置するには、燃焼後プロセス中に煙道ガスを捕捉するための0.95センチメートルの燃料ホースを取り付けます。これは、煙道ガスが煙突に入って大気中に排出される数メートル前です。煙道ガスから水を取り除くために、スタックとコンプレッサーの間に20リットルのウォータートラップと約12メートルのコンデンサーを配置します。藻類の成長を監視するには、650ナノメートルと750ナノメートルの吸光度を測定するリアルタイムの光学密度センサー、溶存酸素センサー、空気および池の熱電対、pHセンサー、および電気伝導センサーをデータロガーに接続します。pH制御システムを設定するには、コンプレッサーと制御バルブシステムをデータロガープログラムに接続して煙道ガス注入を管理し、チューブを使用して制御バルブから石材ディフューザーを介して軌道池の底に煙道ガスを送り、pH値が8.05より大きいときに煙道ガスを注入し、pHが1000未満のときに煙道ガス注入を停止するようにシステムを設定します8未満です。藻類培養システムを設定するには、12時間の光と12時間の暗サイクルで培養室を摂氏25度に設定し、脱イオン水塩とマクロ栄養素および微量栄養素を使用してBG-11培地を調製します。滅菌ループを使用して、培養プレートから単一の藻類コロニーを選択し、清潔なバイオセーフティキャビネット内の滅菌増殖培地を含む50ミリリットルのチューブに藻類を接種します。シェーカーテーブル上で小さな液体培養物を毎分120回転で1週間成長させます。インキュベーションの終わりに、藻類培養の全量を1リットルのフラスコで500ミリリットルの液体培養物に移し、ステンレス鋼チューブを取り付けたゴム栓でフラスコを閉じて曝気を行います。0.20ミクロンの空気滅菌フィルターで空気をろ過し、分光光度計を使用して細胞密度を毎日監視し、培養物をさらに1〜2週間成長させます。培養期間の終わりに、500リットルの液体藻類培養物を10リットルのカーボイ中の8リットルの非滅菌培養培地に加え、5%の二酸化炭素と95%の空気の混合物をカーボイに注入します。週に一度、ストックプレートと液体培養物を光学顕微鏡で10倍および40倍の倍率でモニターし、目的の菌株の成長を確認します。屋外のオープンレースウェイ池に藻類を接種するには、まず、30%漂白剤で原子炉を一晩で徹底的に洗浄します。翌朝、すべての漂白剤が除去されるまで反応器をすすぎ、対応する校正手順に従ってすべてのセンサーを校正します。レースウェイの池を最大80%水で満たして濃縮培地を希釈し、池に10リットルの藻類培養カーボイを接種します。池を最終的な体積に戻し、微細藻類が培養システムに順応することを可能にするための光阻害を回避するための適応戦略として、レースウェイの池を木製のパレットで約3日間部分的に日陰にします。バッチ成長実験を行うには、水の蒸発、パドルホイールモーターやセンサーの機能など、日常的な変動を検査し、記録します。コンプレッサーとウォータートラップを毎日排水して点検し、余分な水を取り除き、煙道ガスの腐食を最小限に抑えます。各センサー測定値を10秒ごとにスキャンし、平均センサーと空気および原子炉の温度データを10分ごとに保存するようにデータロガーを構成します。光学密度測定に影響を与えないように、水位が原子炉の最終体積で一定に保たれていることを確認してください。反応器内の水を補充した後、250ミリリットルのボトルを使用して藻類バイオマスサンプルを採取します。分光光度計で光学密度を測定します。藻類培養の品質を週に3回、光学顕微鏡で確認します。培養物が固定相に近づいたら、全藻類培養量の75%を収穫し、培養懸濁液の2〜5リットルを使用して実験室でバイオマス生産性分析を行い、残りの藻類を処理して目的の藻類製品に変換します。ここでは、センサーと実験室での測定値の比較を観察できます。どちらの育種も同様の傾向を示しており、データは時間の関数として増加しています。光学密度の値は日中は増加しますが、夜間の呼吸時には減少し、バイオマス生産性の変化を示しているため、リアルタイムの光学密度センサーの統合により、藻類生産システム全体について効果的な管理決定を下すことができます。今回の解析では、午前8時頃から排ガスを注入しました。午後6時まででしたが、午後6時から午前8時までは注射されませんでした。この昼夜のサイクルは、日光の日光への曝露と夜間の光の不足を反映しており、その結果、それぞれ光合成または光呼吸の活性化を反映しています。この図に示すように、藻類の増殖速度が増加すると、より多くの排ガスが必要となり、オン/オフ排ガスパルス注入システムが微細藻類の培養による炭素の回収と利用を促進するのに効果的であることが確認されています。他の物理的化学的パラメータも、パラメータと藻類の成長および生産性との間の相関関係を確立するためにも使用できます。レースウェイ池に微細藻類を接種する前に、pHシステムが適切に設定され、すべてのセンサーが校正されていることを確認することが重要です。微細藻類バイオマスを生産しながらレースウェイ池で実行できる他の方法には、脂質、炭水化物、または色素の抽出、無灰乾燥重量測定、およびPCR品質モニタリングが含まれます。

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環境

発電所からの煙道ガスは、藻類の成長のための安価なCO 2源である。私たちは、システム「栽培藻類する煙道ガス」のプロトタイプを構築し、藻類培養工程をスケールアップする方法を説明してきました。我々は、Chlorella種の成長のための煙道ガスの最適な動作をシミュレートし、設計するために、物質移動のバイオ反応モデルの使用を実証した。藻類のフォトバイオリアクター中。...

計算機シミュレーションを通してフォトバイオリアクターで藻類の成長を促進するために排煙設定を最適化

&gt;jove_content&lt;微細藻類の培養と工業用煙道ガスの統合は、最終的に重金属と他の無機化合物を成長培地に導入します。この研究は、フォトバイオリアクターで成長したNannochloropsis...

重金属や微細藻類の生産性に関するその他の無機汚染物質の定量

実験方法は、（100 L）小規模および大規模（千L）の性能を比較埋立排水の藻類の修復のために設計された原子炉をスケールするために提示されています。体積比、滞留時間、バイオマス密度、及び廃水供給濃度に対する表面積を含むシステム特性は、用途に基づいて調整することができます。...

排水の藻類の修復のための光合成反応器システムにおけるスケールの比較

本稿では、他の方法と組み合わせて、適切な動態パラメータを推定するために使用できるベンチスケールの光合成バイオリアクターの組み立てプロセスと操作について説明します。このシステムは、センサー、データ収集および制御ユニット、およびオープンソースのデータ収集ソフトウェアを使用してpH、光および温度を連続的に監視します。...

動力学的成長試験のための温度、光およびpHモニタリングを有するベンチスケール藻類光合成バイオリアクターの構築およびセットアップ

中性脂質のバブル列フォトバイオリアクターとアッセイで緑の微細藻類の栽培

ベンチスケール、軸栽培は、その後のプロセススケールアップの前に、マイクロアルガル特性評価と生産性の最適化を容易にします。光バイオリアクターは、信頼性の高い再現性のある微細藻類実験に必要な制御を提供し、自治体や産業の燃焼放出から腐食性ガス(CO2、SO2、NO2)で微細藻類を安全に栽培できるように適応することができます。...

腐食性煙道ガスを用いたベンチスケール光バイオリアクターにおける微細藻類栽培とバイオマス定量

この出版物は、カスタマイズ可能な光レジームを備えた実験室用フォトバイオリアクター(PBR)の設計について説明しています。シアノバクテリアまたは微細藻類の増殖は、炭酸水素塩を炭素源として使用し、体積酸素産生を測定することによって継続的に監視される。これらのPBRは、実験中のユーザーの介入をほとんど伴わずに、迅速で複製された実験室の成長比較を容易にします。...

オンライン成長測定とカスタマイズ可能な光レジームを備えた実験室用フォトバイオリアクターの操作

大気汚染は、すべての生物の生活の質に影響を与えます。ここでは、微細藻類バイオテクノロジーを用いたバイオガス処理(二酸化炭素と硫化水素の同時除去)と、半工業的な開放型高速藻類池によるバイオメタン生産、およびその後の処理効率、pH、溶存酸素、微細藻類の成長の分析について説明します。...

準工業用高速藻類池における微細藻類-バクテリアシステムを用いたバイオガス精製

私たちは、 エノコログサ（S.エノコログサ ）で十字を実行するための方法論を開発しました。方法は、従来の実行可能な花粉を殺すために熱水処理に穂を剪定することを含む。 ×印は、よく制御された成長政権後に実施し、典型的には、1穂当たりの種子/ Sクロス受粉7の回復につながるされています。...

に十字架を実行するためのメソッド<em&gt;エノコログサ</em草のために&gt;、新モデルシステム

機械的な細胞破壊、溶媒ベースの脂質抽出、エステル交換、および定量化およびガスクロマトグラフィーを用いて脂肪酸の同定に基づく微細藻類中の脂肪酸含量および組成の決定のための方法が記載されている。 tripentadecanoin内部標準抽出及び不完全なエステル交換時の損失の可能性を補償するために使用される。...

微細藻類中の脂肪酸含量および組成の分析

学ぶ 発電所排ガスからの炭素回収と微細藻類栽培の半自動システム。pHセンサー制御によるリアルタイム光密度測定で培養条件を最適化し、産業用CO2排出削減と持続可能なバイオ燃料生産に貢献する環境バイオテクノロジー手法です。

発電所からの炭素回収と微細藻類栽培用の半自動オープンレースウェイ池の結合

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