August 14th, 2020
천연 가스 발전소 연도 가스의 이산화탄소를 활용하여 열린 경마장 연못에서 미세 조류를 재배하는 프로토콜이 설명되어 있습니다. 연도 가스 주입은 pH 센서로 제어되며, 미세조류 성장은 광학 밀도의 실시간 측정으로 모니터링됩니다.
pH 센서로 제어되는 이 반자동 레이스웨이 재배 시스템은 미세조류 배양을 위한 전력 계획에서 연도 가스를 직접 캡처할 수 있으며 실시간 측정으로 미세조류 성장을 모니터링할 수 있습니다. 반응기 시스템을 사용하면 산업용 연도 가스에서 탄소를 직접 포집하고 사용하여 현장 반자동 개방형 연못 레이스웨이 시스템에서 미세조류를 성장시킬 수 있습니다. 이 시스템은 대체 조류 종을 배양하고 모든 발전소에서 탄소를 포집하는 데 사용할 수 있습니다.
열린 레이스웨이 연못을 설정하려면 0.95cm 연료 호스를 연결하여 연도 가스가 스택에 들어가 대기로 배출되기 몇 미터 전에 연소 후 과정에서 연도 가스를 포집합니다. 스택과 압축기 사이에 20리터 워터 트랩과 약 12미터 콘덴서를 배치하여 연도 가스에서 물을 제거합니다. 조류 성장을 모니터링하려면 650 및 750 나노미터에서 흡광도를 측정하는 실시간 광학 밀도 센서, 용존 산소 센서, 공기 및 연못 열전대, pH 센서 및 전기 전도도 센서를 데이터 로거에 연결합니다.
pH 제어 시스템을 설정하려면 압축기 및 제어 밸브 시스템을 데이터 로거 프로그램에 연결하여 연도 가스 주입을 관리하고 튜브를 사용하여 제어 밸브에서 돌 확산기를 통해 연도 가스를 궤도 연못 바닥으로 유도한 다음 pH 값이 8.05보다 클 때 연도 가스를 주입하고 연도 가스 주입을 중지하도록 시스템을 설정합니다. 8 미만입니다. 조류 배양 시스템을 설정하려면 배양실을 12시간 조명, 12시간 암흑 주기로 섭씨 25도로 설정하고 탈이온수 염과 매크로 및 미량 영양소를 사용하여 BG-11 배양 배지를 준비합니다. 멸균 루프를 사용하여 배양 플레이트에서 단일 조류 군집을 선택하고 깨끗한 생물 안전 캐비닛에 멸균 성장 배지가 들어 있는 50ml 튜브에 조류를 접종합니다.
셰이커 테이블에서 1주일 동안 분당 120회 회전하는 작은 액체 배양액을 배양합니다. 배양이 끝나면 1리터 플라스크에 전체 부피의 조류 배양을 500ml의 액체 배양물로 옮기고 스테인리스 스틸 튜브가 장착된 고무 마개로 플라스크를 닫아 폭기를 제공합니다. 0.20 미크론 공기 살균 필터로 공기를 여과하고 분광 광도계를 사용하여 매일 세포 밀도를 모니터링하여 배양액이 1-2주 더 성장하도록 합니다.
배양 기간이 끝나면 10 리터 카보이에 8 리터의 비 멸균 배양 배지에 500 밀리리터의 액체 조류 배양을 추가하고 5 % 이산화탄소와 95 % 공기의 혼합물을 카보이에 주입합니다. 관심 균주의 성장을 보장하기 위해 일주일에 한 번 10X 및 40X 배율의 광학 현미경으로 스톡 플레이트와 액체 배양물을 모니터링합니다. 야외 개방형 경주로 연못에 조류를 접종하려면 먼저 30% 표백제로 밤새 반응기를 철저히 청소하십시오.
다음날 아침 표백제가 모두 제거될 때까지 반응기를 헹구고 해당 보정 절차에 따라 모든 센서를 보정합니다. 경주로 연못에 물을 최대 80%까지 채워 농축된 매체를 희석하고 연못에 10리터의 조류 배양 카보이를 접종합니다. 연못을 최종 볼륨으로 가져온 다음 미세 조류가 배양 시스템에 적응할 수 있도록 사진 억제를 피하기 위한 적응 전략으로 약 3일 동안 나무 팔레트로 레이스웨이 연못을 부분적으로 그늘
지게 합니다.배치 성장 실험을 수행하려면 수분 증발, 패들 휠 모터 및 센서 기능 또는 기타 비정상적인 것을 포함한 일상적인 변화를 검사하고 기록합니다. 압축기와 워터 트랩을 매일 배수하고 검사하여 과도한 물을 제거하고 연도 가스 부식을 최소화하십시오. 10초마다 각 센서 측정값을 스캔하고 10분마다 평균 센서와 공기 및 반응기 온도 데이터를 저장하도록 데이터 로거를 구성합니다.
광학 밀도 측정에 영향을 미치지 않도록 수위가 반응기의 최종 부피에서 일정하게 유지되는지 확인하십시오. 반응기에 물을 보충한 후 250ml 병을 사용하여 조류 바이오매스 샘플을 수집합니다. 분광 광도계에서 광학 밀도를 측정합니다.
일주일에 세 번 광학 현미경으로 조류 배양의 품질을 확인하십시오. 배양액이 정지기에 가까워지면 전체 조류 배양량의 75%를 수확하고 배양 현탁액 2-5리터를 사용하여 실험실에서 바이오매스 생산성 분석을 수행한 다음 나머지 조류를 처리하고 원하는 조류 생성물로 변환합니다. 여기에서 센서와 실험실 측정값을 비교할 수 있습니다.
두 번식 모두 유사한 경향을 보이며 데이터는 시간의 함수로 증가합니다. 광학 밀도 값은 낮에는 증가하지만 호흡 중에는 밤에 감소하여 바이오매스 생산성의 변화를 나타내므로 실시간 광학 밀도 센서의 통합으로 전체 조류 생산 시스템에 대한 효과적인 관리 결정을 내릴 수 있습니다. 이 분석에서 연도 가스는 약 8:00 am.m.부터 주입되었습니다.
오후 6:00까지 주사했지만 오후 6:00에서 오전 8:00 사이에 주사되지 않았습니다.
이 낮/밤 주기는 일광, 햇빛 노출, 야간 동안의 빛 부족, 그리고 결과적으로 각각 광합성 또는 광호흡의 활성화를 반영합니다. 이 그림에서 볼 수 있듯이 조류 성장 속도가 증가함에 따라 더 많은 연도 가스가 필요하며, 이는 온/오프 연도 가스 펄스 분사 시스템이 미세조류 배양을 통한 탄소 포집 및 활용을 촉진하는 데 효과적임을 확인합니다. 다른 물리적 화학적 매개변수를 사용하여 매개변수와 조류 성장 및 생산성 사이의 상관 관계를 설정할 수도 있습니다.
경주로 연못에 미세조류를 접종하기 전에 pH 시스템이 올바르게 설정되고 모든 센서가 보정되었는지 확인하는 것이 중요합니다. 미세조류 바이오매스를 생산하는 동안 경주로 연못으로 수행할 수 있는 다른 방법에는 지질, 탄수화물 또는 색소 추출, 회분이 없는 건조 중량 측정 및 PCR 품질 모니터링이 포함됩니다.
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이 프로토콜은 천연가스 발전소의 배기 가스에서 포집된 이산화탄소를 사용하여 미세조류를 배양하는 반자동 시스템을 설명합니다. 이 시스템은 배기 가스 주입 제어를 위한 pH 센서를 사용하고 실시간 광학 밀도 측정을 통해 미세조류 성장을 모니터링합니다.
This protocol enables direct utilization of industrial flue gas as a carbon source for microalgae cultivation, offering a pathway to reduce emissions from power generation while producing renewable biomass. By integrating real-time monitoring with pH-controlled gas delivery, the system supports scalable, reproducible algal production in open raceway ponds. The approach aligns with carbon capture and utilization (CCU) strategies relevant to sustainable bioproduct development in energy-intensive industries.
The system bridges early-stage algal strain evaluation with scalable biomass production, supporting continuity from discovery to preprocessing for biofuel conversion.