Name: 발전소의 탄소 포집과 미세조류 재배를 위한 반자동 개방형 경마장 연못 결합 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-08-14T16:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 17 s
Description: 배우세요 발전소 배기가스에서 이산화탄소를 포집하여 미세조류를 재배하는 반자동 개방식 경마장 연못 시스템을 구축하는 방법을 실시간 광학밀도 측정으로 성장을 모니터링합니다.

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이 작업은 지역 조류 공급 원료 테스트베드 프로젝트, 미국 에너지부 DE-EE0006269를 통해 지원되었습니다. 또한 Esteban Jimenez, Jessica Peebles, Francisco Acedo, Jose Cisneros, RAFT Team, Mark Mansfield, UA 발전소 직원 및 TEP 발전소 직원에게 모든 도움을 주신 것에 감사드립니다.

1. 성장 체계: 옥외 열린 경마장 연못 조정
<ol><li>연도 가스 공급원 (8-10 %CO2 포함)에 가까운 열린 경마장 연못을 설치하십시오. 연못 원자로 위치에서 물과 전기를 사용할 수 있고 원자로가 하루 종일 그늘에 있지 않은지 확인하십시오 (그림 1).</li>
	<li>연도 가스가 스택으로 유입되어 대기로 배출되기 몇 미터 전에 0.95cm 연료 호스를 사용하여 연소 후 공정 중에 연도 가스를 포집합니다(그림 2).</li>
	<li>스택과 압축기 사이에 20L 워터 트랩과 응축기(코일 길이 ~ 12m)를 사용하여 연도 가스에서 물을 제거합니다(그림 2). 참고: 연도 가스에는 일반적으로 약 9\u201213.8%의 물(28)이 포함되어 있습니다. 또한, 응축기 및 파이프라인은 연도 가스(16)를 냉각시킨다.</li>
	<li>다음 센서를 데이터로거에 연결하여 조류 성장을 모니터링합니다: (1) 650 및 750nm의 두 파장에서 흡광도를 측정하고 1.05g/L의 최대 조류 세포 농도를 감지할 수 있는 실시간 광학 밀도 센서(29); (2) DO 센서; (3) 공기 및 연못 열전대; (4) pH 센서; 및 (5) EC 센서. 참고: 또한 pH 및 EC 센서는 송신기에 연결됩니다. 데이터 로거 장치 구성은 그림 3에 나와 있습니다.</li>
	<li>조류 성장 시스템의 모든 구성 요소가 예방 접종 전에 교정되고 제대로 작동하는지 확인하십시오.</li>
</ol>2. pH 제어 시스템
<ol><li>도 2 및 도 3 (보충 재료 A)에 도시된 바와 같이 압축기, 제어 밸브 시스템 및 데이터 로거 프로그램을 사용하여 연도 가스 주입을 관리한다.</li>
	<li>튜브를 사용하여 연도 가스를 제어 밸브에서 돌 디퓨저를 통해 경마장 연못의 바닥으로 향하게하십시오.</li>
	<li>연도 가스를 pH를 기준으로 성장 시스템에 주입하십시오. pH 값이 8.05보다 크면 시스템은 연도 가스를 주입하는 반면, pH가 8.00 미만인 경우 시스템은 성장이없는 기간 동안 연도 가스 주입을 중단합니다. 유량은 분당 표준 리터 (SLPM)로 측정됩니다. 참고: 제어 밸브에서 입구 연도 가스 압력은 최대 50psi로 제한됩니다.</li>
</ol>3. 조류 선택 및 변형 유지 보수 (빛과 온도)
참고: 녹조류 클로렐라 소로키니아나 DOE 1412는 Juergen Polle (Brooklyn College)30,31에 의해 분리되었고 NAABB(National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts)에 의해 선택되었다. 그것의 선택은 Huesemann et al.32,33에 의해 수행된 이전의 균주 특성화 연구에 기초하였다. 야외 오픈 레이스웨이 연못을 사용할 때 남서부 지역의 조류 스크리닝, 바이오 매스 생산성 및 기후 시뮬레이션 배양 (예 : 온도 및 빛)에 관한 연구는이 프로젝트에 사용 된 방법을 알렸다.
<ol><li>배양물을 12 h/12 h 빛/어두운 사이클을 사용하여 실온 (25°C)에서 유지한다.</li>
	<li>플레이트 및 작은 액체 배양물(50 mL ~ 500 mL)에서 성장한 배양 유지를 위해 광도를 200 μM/m2/s로 유지하십시오.</li>
	<li>액체 배양물 50 mL 내지 500 mL에서 400 μM/m2/s, 액체 배양물 5 L 내지 20 L에서 600\u2012800 μM/m2/s로 스케일업을 위해 광도를 유지하십시오.</li>
</ol>4. 스케일 업 및 품질 관리
<ol><li>다량 영양소에 대해 탈이온수와 다음 염을 사용하여 BG11 배양액을 g/L로 준비한다: 1.5 NaNO3, 0.04 K2HPO4, 0.075 MgSO4*H2O, 0.036CaCl2*H2O, 0.006 (NH4)5Fe(C6H4O7)2, 0.006Na2EDTA*2H2O, 0.02Na2CO3; g/L에 다음과 같은 미량 영양소가 들어있는 미량 원소 용액 1mL/L를 첨가하십시오: 2.86H3BO3, 1.81MnCl2*4H2O, 0.22 ZnSO4*7H2O, 0.39Na2MoO 4*2H2O, 0.079 CuSO 4*5H2O, 0.0494Co(NO3)2*6H2O. 참고 : 플레이트 접종 및 / 또는 장기간 보관의 경우 Bacto 한천 7.5g / L를 추가하십시오. 문화 접종을 위해 한천을 첨가 할 필요가 없습니다. 배양액을 오토클레이브에서 121°C에서 21분 동안 멸균한다.</li>
	<li>한천이 있는 BG11 배지를 멸균 층류 후드 또는 생물안전 캐비닛의 페트리 접시에 붓습니다. 일단 플레이트가 단단하고 시원해지면, 재현탁된 냉동 조류 스톡 배양물로부터 피펫 500 μL를 첨가하고 암피실린(100 μg/mL); 조류 플레이트를 진탕기 테이블(120 rpm)에서 1 내지 2주 동안 인큐베이션한다.</li>
	<li>멸균 루프를 사용하여 배양 플레이트에서 단일 조류 콜로니를 선택하고 깨끗한 생물 안전 캐비닛의 멸균 성장 배지가 들어있는 50 mL 튜브에 접종하십시오. 작은 액체 배양물을 일주일 동안 진탕기 테이블 (120 rpm) 상에서 성장시킨다.</li>
	<li>조류 배양액 50 mL(선형 성장 단계, OD750nm ≥ 1)를 500 mL 액체 배지로 1 L 플라스크에 옮긴다. 각 플라스크에 고무 마개와 스테인리스 스틸 튜브를 장착하여 폭기를 제공합니다. 0.2 μm 공기 살균 필터를 사용하여 공기를 여과하십시오. 문화가 일주일에서 두 주 동안 성장하게하십시오. 분광광도계(OD750nm)를 사용하여 셀 밀도를 모니터링합니다.</li>
	<li>액체 배양액 500 mL를 8 L의 비멸균 배지를 함유하는 10 L 카보리에 넣고 5%CO2 및 95% 공기의 혼합물을 주입한다. 이어서, 단계 4.4에서와 동일한 조건하에서 조류를 재배한다.</li>
	<li>일주일에 한 번 스톡 플레이트 및 액체 배양물(단계 4.2\u20124.5)을 모니터링합니다. 분취량을 취하여 원하는 균주의 성장을 보장하기 위해 10x 및 40x 배율로 현미경으로 관찰하십시오. 문화가 손상되거나 실험에 사용될 때까지 보관하십시오. 오염된 문화는 버리십시오.</li>
</ol>5. 열린 연못 재배를위한 집중 된 중간 준비
<ol><li>미량 원소 용액을 제조하기 위해 부분적으로 1 L 용적 플라스크를 증류수 (DW)로 채운다. 마그네틱 교반 바를 삽입하고 표 1 에 나타낸 화학물질을 순차적으로 첨가한다. 다음 성분을 첨가하기 전에 각 성분이 용해되는지 확인하십시오. 자석을 제거하고 플라스크를 1 L 부피 마크로 채운다.</li>
	<li>1L 유리 병을 DW로 부분적으로 채우고 마그네틱 교반 막대를 삽입하십시오. 용기를 자기 교반기 플레이트 상단에 놓고 반응기의 최종 부피에 대한 화학 물질을 추가하고 순차적으로 추가하여 각각이 완전히 용해되도록하십시오. 표 2는 1 L의 배지를 준비하기 위한 화학물질을 열거하므로, 모든 값에 반응기의 최종 부피를 곱한다. 유리 병을 1L로 채 웁니다.</li>
</ol>6. 옥외 열린 경마장 연못 접종
<ol><li>각 접종 전과 수확 후 30% 표백제를 사용하여 반응기를 철저히 청소한다. 표백제를 밤새 두는 것이 좋습니다. 반응기를 잘 헹구어 모든 표백제를 제거하십시오.</li>
	<li>조류 접종 전 모든 센서를 해당 교정 절차에 따라 교정하십시오.</li>
	<li>농축된 배지를 희석하고(단계 5에서) 수원을 사용하여 경마장 연못을 최대 80%까지 채운다.</li>
	<li>조류로 채워진 10 L 카보이 (선형 성장 단계 OD750nm > 2)를 사용하여 반응기를 접종하고 이를 최종 부피로 가져온다.</li>
	<li>미세조류는 ~3일 동안 나무 팔레트로 경마장 연못을 부분적으로 음영 처리하여(그림 4), 지수 단계가 지나면 광억제를 피하기 위한 적응 전략으로 적응시킨다. 참고 :이 기간은 또한 미세 조류가 연도 가스의 직접 주입으로 인한 스트레스에 적응할 수있는 시간을 제공 할 것입니다.</li>
</ol>7. 생성 스테이션에서의 배치 성장 실험
<ol><li>물 증발, 패들휠 모터, 센서 기능 및 평범하지 않은 모든 것을 포함한 일상적인 변화를 검사하고 기록합니다.</li>
	<li>압축기와 워터 트랩을 매일 배수하고 검사하여 연도 가스가 부식성이 높기 때문에 부식을 최소화하기 위해 과도한 물을 제거합니다34.</li>
	<li>10초마다 각 센서 측정값을 스캔하고 10분마다 평균 데이터를 저장하도록 데이터 로거를 구성합니다. 여기에는 DO, pH, EC, 실시간 광학 밀도뿐만 아니라 공기 및 반응기 온도가 포함됩니다.</li>
</ol>8. 개별 샘플링 및 모니터링
<ol><li>수위가 반응기의 최종 부피에서 일정하게 유지되는지 확인하십시오 그렇지 않으면 광학 밀도 측정이 영향을받습니다.</li>
	<li>반응기에서 물을 보충한 후, 자외선 가시 분광 광도계를 사용하여 광학 밀도(540, 680 및 750 nm)로 세포 질량 측정을 위해 5 mL 샘플을 취한다. 이 과정을 매일 반복하십시오.</li>
	<li>현미경 관찰을 위해 일주일에 세 번 500mL 샘플을 채취하고 무회분 건조 중량(AFDW)을 기준으로 바이오매스 농도를 측정합니다.<ol>
<li>10x 및 40x 대물 렌즈로 현미경 관찰을 수행합니다. 추가적으로, 이들 현미경 배율은 단계 4.6에서 설명된 조류 품질 관리의 일부로서 사용된다.</li>
		<li>AFDW를 위해 단계 8.3에서 샘플 400 mL를 사용하십시오.<ol>
<li>각 0.7 μm 기공 크기 유리 마이크로 파이버 필터를 알루미늄 호일 트레이에 설정하고 540 °C에서 4 시간 동안 퍼니스를 사용하여 각 알루미늄 호일 트레이 / 필터를 전처리하십시오.</li>
			<li>#2 연필을 사용하여 각 알루미늄 호일 트레이에 라벨을 붙이고 무게 (A)를 기록한 다음 진공 필터 장치에 놓습니다.</li>
			<li>여과할 부피를 측정하기 전에 조류 샘플을 격렬하게 저어준다. 충분한 조류 샘플을 필터링하여 8 ~ 16mg의 전후 회분 중량 차이를 제공합니다. 실험 과정 전반에 걸쳐 사용할 가중치 차이를 선택하고 이 값을 일정하게 유지합니다.</li>
			<li>조류 샘플을 포함하는 각 필터를 그의 호일 트레이에 넣고 적어도 12시간 동안 105°C의 오븐에 놓는다.</li>
			<li>건조 오븐에서 호일 트레이 / 필터를 제거하고 유리 데시케이터에 넣어 물 섭취를 방지하십시오. 각 호일 트레이/필터 무게(B)를 기록합니다.</li>
			<li>호일 트레이/필터를 540°C 머플 퍼니스에 4시간 동안 놓습니다.</li>
			<li>머플 퍼니스를 끄고 호일 트레이/필터를 식히고 데시케이터에 넣고 각 호일 트레이/필터 무게(C)를 기록합니다.</li>
			<li>중량 분석을 사용하여 AFDW를 계산합니다. % AFDW = C - A x 100 / B</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>용매를 이용한 마이크로파 보조 추출(MAE) 지질 추출 분석을 위해 수확하기 전에 조류 2L를 잡으십시오.<ol>
<li>조류 샘플을 4,400 x g 의 상대 원심력(RFC)에서 15분 동안 원심분리한다. 조류 펠렛을 취하여 적어도 24시간 동안 80°C의 오븐을 사용하여 건조시킨다.</li>
		<li>조류 샘플을 갈아서 조류 분말을 칭량하십시오 (권장 바이오 매스 범위는 0.3g에서 0.5g까지).</li>
		<li>미세조류 분말(건조 조류 바이오매스)을 마이크로파 가속 반응 시스템(MARS) 프레스 용기에 넣고 후드 아래에 클로로포름:메탄올(2:1, v/v) 용매 용액 10mL를 넣고 용기를 닫고 밤새 방치합니다.</li>
		<li>용기를 용매 센서를 사용하여 70°C 및 800W의 전력에서 60분 동안 MARS 기계에 넣습니다.</li>
		<li>MARS에서 선박을 꺼내 후드 아래에서 식히십시오.</li>
		<li>깔때기와 유리 울을 사용하여 각 액체 샘플을 미리 칭량된 유리 시험관으로 옮겨 클로로포름, 메탄올 및 지질을 포함하는 액체 부분을 분리하고 다른 분석을 위해 고형물(바이오매스에 지질이 없음)을 유지합니다.</li>
		<li>지질이 들어있는 시험관을 질소 증발기로 가져 가서 액체가 증발되면 제거한 다음 튜브를 후드 아래에 밤새 두어 완전히 건조되도록하십시오.</li>
		<li>중량 분석을 사용하여 지질 함량 (중량 %)을 계산하십시오. 지질 함량 (중량%) = 지질의 건조 바이오매스 x 100/건조 조류 질량</li>
	</ol>
</li>
</ol>9. 조류 수확 및 작물 회전
<ol><li>전체 조류 배양 부피의 75%를 수확하여 배양물이 정지기에 근접할 때 수확한다. 실험실에서 바이오 매스 생산성 분석을 수행하기 위해 2 \ u20125 L의 배양물을 섭취하십시오. 나머지 조류를 가공하고 원하는 조류 생성물로 변환하십시오.</li>
	<li>접종물로 남아있는 25 % 조류를 사용하여 열린 경마장 연못을 다시 성장시킵니다. 전체 원자로 부피의 80%까지 물을 첨가하고, 농축된 매체를 추가한 다음, 필요한 경우 반응기의 최종 부피까지 채우기를 마칩니다.</li>
	<li>온도 및 광도 조건에 따라 계절에 따라 적절한 조류 균주를 배양하십시오.</li>
</ol>10. 데이터 관리
<ol><li>데이터 로거에 데이터를 기록하고 7.3단계와 같이 분석을 위해 수집합니다.</li>
	<li>원시 및 분석 된 데이터를 Regional Algal Feedstock Testbed (RAFT) 공유 드라이브에 저장하는 것을 고려하십시오. RAFT 프로젝트 공동 작업자는 데이터를 제공하여 조류 생산성을 시뮬레이션 및 모델링하고 야외 재배를 검증합니다.</li>
</ol>

저자는 공개 할 것이 없습니다.

이 연구에서, 우리는 더운 반 건조 기후에서 연도 가스 탄소 포집과 미세 조류 재배가 시너지 효과를 발휘하여 가능하다는 것을 입증합니다. 반자동 경마장 연못 시스템을 위한 실험 프로토콜은 최첨단 기술을 통합하여 연도 가스를 탄소원으로 사용할 때 조류 성장과 관련된 관련 파라미터를 실시간으로 모니터링합니다. 제안 된 프로토콜은 경주로 연못 20,21,36의 주요 단점 중 하나 인 조류 재배의 불확실성을 줄이기위한 것입니다. 우리의 경험에 비추어 볼 때, 프로토콜의 가장 중요한 단계는 pH 제어 시스템과 시스템을 접종하는 효과적인 방법입니다 (그림 2). pH 제어 시스템은 연도 가스/CO2를 제공하며CO2 포집 및 활용에서 효율성을 최적화하기 위한 전략을 나타냅니다(<str...

지구 온난화는 오늘날 세계가 직면하고있는 가장 중요한 환경 문제 중 하나입니다1. 연구에 따르면 주요 원인은 인간 활동 2,3,4,5,6,7로 인해 대기 중 온실 가스 (GHG) 배출량의 증가, 주로CO2입니다. 미국에서CO2 배출량의 가장 큰 밀도는 주로 에너지 부문, 특히 전력 발전소 3,7,8,9의 화석 연료 연소에서 비롯됩니다. 따라서 탄소 포집 및 활용 (CCU) 기술은 온실 가스 배출량 2,7,10을 줄이기위한 주요 전략 중 하나로 부상했습니다. 여기에는 햇빛을 활용하여 광합성을 통해CO2와 물을 영양소가있는 상태에서 바이오 매스로 변환하는 생물학적 시스템이 포함됩니다. 미세조류의 사용은 빠른 성장 속도, 높은CO2 고정능력 및 높은 생산 능력으로 인해 제안되었다. 추가적으로, 미세조류는 바이오매스가 화석 연료 7,9,10,11,12를 대체할 수 있는 바이오 연료와 같은 관심 있는 제품으로 전환될 수 있기 때문에 광범위한 바이오에너지 잠재력을 갖는다.
미세조류는 개방된 경마장 연못 및 폐쇄된 광생물반응기(13,14,15,16,17,18,19)를 포함하는 다양한 재배 시스템 또는 반응기에서 성장하고 생물학적 전환을 달성할 수 있다. 연구자들은 실내 또는 실외 조건 하에서 두 재배 시스템 모두에서 생물 공정의 성공을 결정하는 장점과 한계를 연구했습니다 5,6,16,20,21,22,23,24,25 . 개방 경마장 연못은 연도 가스가 스택에서 직접 분배 될 수있는 상황에서 탄소 포집 및 활용을위한 가장 일반적인 재배 시스템입니다. 이러한 유형의 재배 시스템은 상대적으로 저렴하고 확장이 쉽고 에너지 비용이 저렴하며 혼합에 대한 에너지 요구 사항이 낮습니다. 또한 이러한 시스템을 발전소와 쉽게 공동 배치하여 CCU 프로세스를 보다 효율적으로 만들 수 있습니다. 그러나,CO2 가스/액체 질량 전달의 한계와 같이 고려될 필요가 있는 몇 가지 결점이 있다. 한계가 있지만, 개방 경마장 연못은 옥외 미세조류 바이오 연료 생산 5,9,11,16,20에 가장 적합한 시스템으로 제안되었습니다.
이 기사에서는 천연 가스 발전소의 연도 가스에서 탄소 포획을 결합한 열린 경마장 연못에서 미세조류 재배 방법을 자세히 설명합니다. 이 방법은 배양 pH에 기초하여 연도 가스 주입을 제어하는 반자동 시스템으로 구성된다; 이 시스템은 광학 밀도, 용존 산소(DO), 전기전도도(EC), 공기 및 연못 온도 센서를 사용하여 클로렐라 소로키니아나 배양 상태를 실시간으로 모니터링하고 기록합니다. 조류 바이오매스와 연도 가스 주입 데이터는 Tucson Electric Power 시설에서 10분마다 데이터 로거에 의해 수집됩니다. 조류 균주 유지 보수, 스케일 업, 품질 관리 측정 및 바이오 매스 특성화 (예 : 광학 밀도, g / L 및 지질 함량 간의 상관 관계)는 애리조나 대학의 실험실 환경에서 수행됩니다. 이전의 프로토콜은 컴퓨터 시뮬레이션(26)을 통해 광생물반응기에서 미세조류 성장을 촉진하기 위해 연도 가스 설정을 최적화하는 방법을 개략적으로 설명했다. 여기에 제시된 프로토콜은 개방 된 경마장 연못을 활용하고 생산 된 연도 가스를 직접 사용하기 위해 천연 가스 발전소에서 현장에서 구현되도록 설계되었다는 점에서 독특합니다. 또한 실시간 광학 밀도 측정은 프로토콜의 일부입니다. 설명된 바와 같은 시스템은 낮은 강수량, 해마다 강수량의 상당한 변동성, 낮은 상대 습도, 높은 증발 속도, 맑은 하늘 및 강렬한 태양 복사(27)를 나타내는 뜨거운 반건조 기후(Köppen BSh)에 최적화되어 있다.

<table><tbody><tr><td>가변 속도 모터 (패들 휠 시스템)</td><td>Leeson</td><td>174307</td><td>Lesson 174307.00, 유형 : SCR Voltage; 암페어 : 10</td></tr><tr><td>알루미늄 웨이트 보트</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-732-102</td><td>Fisherbrand 알루미늄 계량 접시</td></tr><tr><td>암모늄 철 (III) (NH?)? [Fe(C?H? O?)?]</td><td>Fisher Scientific</td><td>1185 - 57 - 5</td><td>배지 제제. 암모늄 철 (III) 구연산</td></tr>염 <tr><td>암모늄 인산</td>염 <td>시그마 - 알드리치</td><td>7722-76-1</td><td>이 화학 물질은 최적화 된 매체</td></tr><tr><td>암피실린 나트륨 염</td><td>시그마 알드리치</td><td>A9518-5G</td>에 사용됩니다.<td>이 화학 물질은 조류 오염을 방지하는 데 사용됩니다</td></tr><tr><td>오토 클레이브</td><td>Amerex Instrument Inc</td><td></td><td>Hirayama</td></tr><tr><td>HA300MII Bacto 한천</td><td>Fisher Scientific</td><td>BP1423500</td><td>Fisher BioReagents 과립 한천</td></tr><tr><td>표백제</td><td>Clorox</td><td></td><td>살균 표백제, 농축 clorox</td></tr><tr><td>붕산 (H3BO3)</td> <td>Fisher Scientific</td><td>10043-35-3</td><td>Trace Elelements : 붕산</td></tr><tr><td>염화칼슘 이수화물 (CaCl2 * 2H2O)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>10035-04-8</td><td>배지 준비. Calcium chloride dihydrate</td></tr><tr><td>Carboys (20 L)</td><td>Nalgene - Thermo Fisher Scientific</td><td>2250-0050PK</td><td>폴리프로필렌 Carboy w/Handles</td></tr><tr><td>원심분리기</td><td>Beckman Coulter, Inc</td><td></td><td>J2-21</td></tr><tr><td>클로로포름</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>67-66-3</td><td>이 화학물질은 지질 추출에 사용됩니다</td></tr>. <tr><td>Citraplex 20% Iron</td><td>Loveland Products</td><td>SDS No. 1000595582 -17-LPI</td><td>https://www.fbn.com/direct/product/Citraplex-20-Iron#product_info</td></tr><tr><td>코발트 (II) 질산 육수화물 (Co (NO3) 2 * 6H2O)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>10026-22-9</td><td>미량 원소 : 코발트 (II) 질산 육수화물</td></tr><tr><td>압축기</td><td>Makita</td><td>MAC700</td><td>이 장비는 분사 CO2 시스템</td></tr><tr><td>제어 밸브</td><td>Sierra Instruments</td><td>SmartTrak 100</td><td>에 사용됩니다.이 항목은 응용 프로그램에 맞게 사용자 정의해야 합니다. 우리의 경우 5% CO2와 95% 공기 혼합물을 사용했습니다.</td></tr><tr><td>구리 (II) 황산염 수화물 (CuSO4 * 5H2O)</td> <td>시그마 - 알드리치</td><td>7758-99-8</td><td>미량 원소 : 구리 (II) 황산염 수화물</td></tr><tr><td>데이터 로거 : 캠벨 유닛 CR3000</td><td>Scientific Campbell</td><td>CR3000</td><td>이 장비는 모든 시스템을 제어하고 모터를 구동하고 데이터를 기록하는 데 사용됩니다</td></tr><tr><td>Dissolvde Oxygen Solution</td><td>Campbell Scientific</td><td>14055</td><td>용존 산소 전해질 용액 DO6002 - Lot No. </td></tr><tr><td>211085 용존 산소 프로브</td><td>Sensorex</td><td>?</td><td>DO6400/T 디지털 통신 기능이 있는 용존 산소 센서</td></tr><tr><td>전기 전도도 교정 용액</td><td>Ricca Chemical Company</td><td>2245 - 32 ( R2245000-1A )</td> <td>전도도 표준, 25C에서 5000 uS/cm (NaCl로 2620 ppm TDS)</td></tr><tr><td>전기 전도도 프로브 센서</td><td>Hanna Instruments</td><td>HI3003/D</td><td>플로우 스루 전도도 프로브 - NTC 센서, DIN 커넥터, 3m 케이블</td></tr><tr><td>에틸렌디아민테트라아세트산 이나트륨 염 이수화물(Na2EDTA*2H2O)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>6381-92-6</td><td>매체 준비: 에틸렌디아민테트라아세트산 디소듐 염 이수화물</td></tr><tr><td>필터</td><td>Fisher Scientific</td><td>09-874-48</td><td>Whatman 바인더 프리 유리 극세사 필터</td></tr><tr><td>플라스크</td><td>Fisher Scientific</td><td>09-552-40</td><td>Pyrex Fernbach 플라스크</td></tr><tr><td>용광로</td><td>Hogentogler</td><td>모델: F6020C-80</td><td>Thermo Sicentific Thermolyne F6020C - 80 머플로</td></tr><tr><td>유리 건조제</td><td>VWR International LLC</td><td>75871-430</td><td>유형 150, 직경 140mm</td></tr><tr><td>유리 깔때기</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB6005865</td><td>Fisherbrand 재사용 가능한 유리 긴 줄기 깔때기</td></tr><tr><td>층류 후드</td><td>Fisher Hamilton Safeair</td><td></td><td>Fisher Hamilton 스테인리스 Safeair 흄 후드</td></tr> 황<tr><td>산 마그네슘 헵타하이드레이트 (MgSO4*7H2O)</td><td>Fisher Scientific</td><td>10034 - 99 - 8</td><td>배지 제제: 마그네슘 황산염 헵타 하이드레이트</td></tr><tr><td>메탄올</td><td>시그마 알드리치</td><td>67-56-1</td><td>지질 추출 용매</td></tr><tr><td>마이크로 버블 디퓨저</td><td>Pentair 수생 생태계</td><td>1PMBD075</td><td>이 장비는 주입 CO2 시스템에 사용됩니다</td></tr><tr><td>Microalgae : Chlorella Sorokiniana</td><td>NAABB</td><td>DOE 1412</td><td></td></tr><tr><td>Microoscope</td><td></td><td></td><td>Carl Zeiss 4291097</td></tr><tr><td>Microwave assistant 추출</td><td>화성, CEM Corportation,</td><td></td><td>CEM 화성 5 Xtraction 230/60 마이크로파 가속 반응 시스템. 모델: 907601</td></tr><tr><td>MnCl2*4H2O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>13446-34-9</td><td>염화 망간(II) 사수화물</td></tr><tr><td>모르타르</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB961B</td><td>Fisherbrand 도자기 모르타르</td></tr><tr><td>질소 증발기</td><td>유기 N-EVAP</td><td></td><td>112 질소 증발기(OA-SYS 난방 시스템)</td></tr><tr><td>오븐</td><td>VWR International LLC</td><td>89511-410</td><td>강제 공기 오븐</td></tr><tr><td>패들 휠</td><td></td><td></td>, <td>8날 수평 축 프로펠러. 이것은 일반적으로 외륜 반응기의 일부로 제공됩니다.</td></tr><tr><td>패들 휠 모터</td><td>Leeson</td><td>M1135042.00</td><td>Leeson, 모델: CM34025Nz10C; 1/4 HP; 볼트 90; 신 34; 62 분당 회전수.</td></tr><tr><td>Pestles</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB961M</td><td>Fisherbrand 도자기 유봉</td></tr><tr><td>pH 및 EC 송신기</td><td>Hanna Instruments</td><td>HI98143</td><td>Hanna Instruments HI98143-04 pH 및 EC 송신기(갈바닉 절연 0-4V 포함).</td></tr><tr><td>pH 보정 솔루션</td><td>: Fisher Scientific</td><td>13-643-003</td>, <td>Thermo Scientific Orion pH 버퍼 병,</td></tr><tr><td>pH 프로브 센서</td><td>, Hanna Instruments</td><td>HI1006-2005</td>, <td>Hanna Instruments HI1006-2005 테프론 pH 전극(일치하는 핀 포함), 5m.</td></tr><tr><td>피펫 팁</td><td>Fisher Scientific</td><td>1111-2821</td><td>1000 ul TipOne 랙 내 파란색 눈금 팁</td></tr><tr><td>Pippetter</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-690-032</td><td>Eppendorf Reserch plus 가변 조절 가능 볼륨 피펫: 단일 채널</td></tr><tr><td>플라스틱 큐벳</td><td>Fisher scientific</td><td>14377017</td><td>BrandTech 브랜드 플라스틱 큐벳</td></tr><tr><td>플레이트</td><td>Fisher scientific</td><td>08-757-100D</td><td>Corning Falcon 뚜껑이 있는 세균 페트리 접시</td></tr><tr><td>칼륨</td><td></td><td></td><td>이 화학 물질은 최적화된 배지 준비에 사용됩니다. 그것은 비료 지역 회사에서 구입했습니다</td></tr><tr><td>인산 칼륨 이염기성 (K2HPO4)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>7758 -11 - 4</td><td>매체 준비 : 인산 칼륨 이염기</td></tr>성 <tr><td>Pyrex 재사용 가능한 미디어 저장 병</td><td>Fisher scientific</td><td>06-414-2A</td><td>1 L 및 2 L bottels - PYREX GL45 스크류 캡 (플러그 씰 포함</td></tr>) <tr><td>Raceway Pond</td><td></td><td></td><td>유사한 장비는 다음에서 구입할 수 있습니다. https://microbioengineering.com/products</td></tr><tr><td>실시간 광학 밀도 센서</td><td>애리조나</td><td></td> 대학교 <td>이 장비는</td></tr><tr><td>RS232 케이블</td><td>Sabrent</td><td></td><td>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)</td></tr><tr><td>Shaker Table</td><td></td><td></td><td>조류 교반 150rpm</td></tr><tr><td>탄산나트륨(Na2CO3)</td><td>시그마-알드리치</td><td>497-19-8</td><td>탄산나트륨</td></tr><tr><td>몰리브덴산나트륨 이수화물(Na2MoO4*2H2O)</td><td>시그마-알드리치</td><td>10102-40-6</td><td>매체 준비: 몰리브덴산나트륨</td></tr><tr><td>질산나트륨(NaNO3)</td><td>시그마-알드리치</td><td>7631-99-4</td><td>매체 준비: 질산나트륨</td></tr><tr><td>분광 광도계</td><td>Fisher Scientific Company</td><td>14-385-400</td><td>Thermo Fisher Scientific - 10S UV-Vis GENESTYS 분광광도계 원통형 장경로 셀 홀더; 내부 기준 감지기, 제논 플래시 램프; 이중 실리콘 포토다이오드; 240V, 50 to 60Hz 자동 선택.</td></tr><tr><td>시험관</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-961-27</td><td>Fisherbrand 일회용 붕규산 유리관(일반 끝단 포함)(10ml)</td></tr> <tr><td>열전대 K 형</td><td>오메가</td><td>KMQXL-125G-6</td><td></td></tr><tr><td>요소</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>2067-80-3</td><td>요소</td></tr><tr><td>진공 여과 시스템</td><td>Fisher Scientific</td><td>XX1514700</td><td>MilliporeSigma 유리 진공 필터 홀더, 47mm. 이 시스템에는 접지 유리 플라스크 부착물, 거친 유리 필터 지지대 및 플라스크</td></tr><tr><td>진공 펌프</td><td>Grainger</td><td></td><td>Marathon 전기 AC 모터 열 보호 G588DX - MOD 5KH36KNA510X가 포함됩니다. 체력 1/4. RPM 1725/1425</td></tr><tr><td>황산 아연 헵타 하이드레이트 (ZnSO4 * 7H2O)</td> <td>시그마 - 알드리치</td><td>7446-20-0</td><td>황산 아연 헵타 하이드레이트</td></tr></tbody></table>

발전소의 탄소 포집과 미세조류 재배를 위한 반자동 개방형 경마장 연못 결합

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

미국에서는 총 이산화탄소 (CO2) 배출량의 35 %가 전력 산업에서 발생하며 그 중 30 %는 천연 가스 전기 생산을 나타냅니다. 미세조류는 식물보다CO2를 10 내지 15배 빠르게 바이오픽싱하고 조류 바이오매스를 바이오연료와 같은 관심있는 제품으로 전환시킬 수 있다. 따라서이 연구는 뜨거운 반 건조한 기후에서 미국 남서부에 위치한 천연 가스 발전소와의 미세 조류 재배의 잠재적 인 시너지 효과를 보여주는 프로토콜을 제시합니다. 최첨단 기술은 녹색 조류 종 클로렐라 소로키니아나를 통해 탄소 포집 및 활용을 향상시키는 데 사용되며, 이는 바이오 연료로 추가 처리 될 수 있습니다. 우리는 반자동 개방형 경마장 연못과 관련된 프로토콜을 설명하고 애리조나 주 투손에있는 Tucson Electric Power 발전소에서 테스트 할 때의 성능 결과에 대해 논의합니다. 연도 가스는 pH를 조절하기 위한 주요 탄소원으로 사용되었고, 클로렐라 소로키니아나는 재배되었다. 조류를 성장시키기 위해 최적화된 배지를 사용하였다. 시간의 함수로서 시스템에 첨가된CO2의 양을 면밀히 모니터링하였다. 또한 조류 성장 속도, 바이오 매스 생산성 및 탄소 고정에 영향을 미치는 다른 물리 화학적 요인을 모니터링하여 광학 밀도, 용존 산소 (DO), 전기 전도도 (EC) 및 공기 및 연못 온도를 모니터링했습니다. 결과는 최대 0.385 g/L 무회분 건조 중량의 미세조류 수율이 달성가능하며, 지질 함량은 24%임을 나타냅니다. CO2 배출국과 조류 농가 간의 시너지 효과를 활용하면 조류 바이오 연료 및 바이오 제품의 지속 가능한 생산을 지원하면서 탄소 포획을 증가시키는 데 필요한 자원을 제공 할 수 있습니다.

우리 실험실의 이전 실험 결과는 반자동 개방 경마장 연못을 사용하는 미세 조류 재배가 탄소 포집 과정과 결합 될 수 있음을 나타냅니다. 이 두 공정 사이의 시너지 효과를 더 잘 이해하기 위해 (그림 2), 우리는 프로토콜을 개발하고 뜨거운 반 건조 기후의 옥외 조건에서 녹색 조류 종 클로렐라 소로키 니아나를 재배하기 위해 조정했습니다. 천연가스 연도가스는 산업 발전 스테이션으로부터 얻어졌다. 이 프로토콜은 조류 바이오매스 생산성을 평가하기 위해 다양한 기술을 사용합니다: (1) 실시간 광학 밀도 센서를 이용한 조류 성장(그림 5); (2) pH의 함수로서 배양물 내로의 연도 가스 온오프 펄스 주입에 대하여 조류 성장(도 6 및 도 7); (3) 조류 성장 온도, 용존 산소 및 전기 전도도와 같은 환경 ...

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.

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 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 카보이

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Research

연구

JoVE Journal

Environment

환경

발전소에서 연소 가스는 조류의 성장을위한 저렴한 CO 2 소스입니다. 우리는 시스템 "재배 조류하는 배기 가스"프로토 타입을 구축하고 조류 재배 과정을 확장하는 방법을 설명했다. 우리는 클로렐라 (SP)의 성장을위한 연도 가스의 최적의 동작을 시뮬레이션하고 설계하는 대량 전송 바이오 반응 모델의 사용을 증명하고있다. 조류 사진 - 생물 반응기.

컴퓨터 시뮬레이션을 통해 광 바이오 반응기에서 미세 조류의 성장을 촉진하기 위해 연소 가스 설정을 최적화

미세조류 배양과 산업용 연도 가스의 통합은 궁극적으로 중금속 및 기타 무기 화합물을 성장 배지에 도입할 것입니다. 이 연구는 광생물반응기에서 자란 Nannochloropsis salina의 성장에 대한 중금속 및 무기 오염 물질의 최종 운명과 영향을 결정하는 데 사용되는 절차를 제시합니다.

중금속과 미세 조류의 생산성에 다른 무기 오염 물질의 정량화

실험 방법은 (100 L) 소형 및 대형 (1,000 L)의 성능을 비교 매립 폐수의 조류 치료 용으로 설계된 원자로를 확장 제공됩니다. 체적비, 체류 시간, 생물량 밀도 폐수 공급 농도 표면적을 포함하는 시스템 특성은, 어플리케이션에 기초하여 조절 될 수있다.

폐수의 해조 교정을위한 광합성 원자로 시스템의 규모 비교

이 논문은 다른 방법과 관련하여 적절한 운동 성장 매개 변수를 추정하기 위해 사용할 수있는 벤치 규모의 광합성 생물 반응기의 조립 공정 및 작동에 대해 설명합니다. 이 시스템은 센서, 데이터 수집 및 제어 장치 및 오픈 소스 데이터 수집 소프트웨어를 사용하여 pH, 빛 및 온도를 지속적으로 모니터링합니다.

키네 성장 시험을위한 온도, 빛 및 pH 모니터링을 갖춘 벤치 규모의 조류 광합성 생물 반응기의 건설 및 설치

여기, 우리 실험실 규모 거품 열 photobioreactors를 생성 하 고 문화 microalgae를 그들을 사용 하 여 프로토콜을 제시. 그것은 또한 문화 성장 율 및 중립 지질 내용에 대 한 메서드를 제공합니다.

중립 지질에 대 한 녹색 미세 거품 열 Photobioreactors에 시험 재배

벤치 스케일, 축 재배는 후속 공정 확장 전에 미세 조류 특성화 및 생산성 최적화를 용이하게 합니다. 광생물 반응기는 신뢰할 수 있고 재현 가능한 미세 조류 실험에 필요한 제어를 제공하며 도시 또는 산업 연소 배출에서 부식성 가스(CO2,SO2,NO2)로미세 조류를 안전하게 경작하도록 조정할 수 있습니다.

부식성 연도 가스가 있는 벤치 스케일 광생물반응기에서 미세조류 재배 및 바이오매스 정량화

이 간행물은 맞춤형 조명 체계를 갖춘 실험실 광생물 반응기 (PBR)의 설계에 대해 설명합니다. 중탄산염을 탄소원으로 사용하는 시아노박테리아 또는 미세조류의 성장은 용적 산소 생산을 측정함으로써 지속적으로 모니터링됩니다. 이러한 PBR은 실험 중 사용자 개입이 거의없는 신속하고 복제 된 실험실 성장 비교를 용이하게합니다.

온라인 성장 측정 및 사용자 정의 가능한 조명 체계를 갖춘 실험실 광생물 반응기 운영

대기 오염은 모든 유기체의 삶의 질에 영향을 미칩니다. 여기에서는 바이오가스 처리(이산화탄소와 황화수소의 동시 제거)를 위한 미세조류 생명공학의 사용과 준공업용 개방형 고속 조류 연못을 통한 바이오메탄 생산 및 처리 효율, pH, 용존 산소 및 미세조류 성장에 대한 후속 분석에 대해 설명합니다.

Semi-Industrial High Rate Algal Ponds에서 Microalgae-Bacterial System을 사용하여 바이오 가스 정화

우리는 강아지풀 트리아 비리 디스 (S. 트리아 비리 디스)에있는 십자가를 수행하기위한 방법을 개발했습니다. 이 방법은 가능한 화분을 죽일 전에 뜨거운 물 처리에 원추 꽃차례를 치기 포함한다. 십자가는 잘 통제 성장 정권 다음을 수행하며 일반적으로 1 종 / s의 이삭 당 교차 수분 7의 회복이 발생할 수 있습니다.

에 십자가를 수행하는 방법<em&gt; 강아지풀</em목초에 대한&gt;, 새로운 모델 시스템

기계적 세포 파괴, 용매 기반 지질 추출, 에스테르 교환 반응 및 정량 가스 크로마토 그래피를 사용하여 지방산의 식별에 기초하여 미세 조류의 지방산 함량 및 조성의 결정을위한 방법을 설명한다. tripentadecanoin 내부 표준 물질은 추출과 불완전 에스테르 교환시 가능한 손실을 보상하기 위해 사용된다.

미세 조류의 지방산 콘텐츠 및 조성 분석

배우세요 발전소 배기가스에서 이산화탄소를 포집하여 미세조류를 재배하는 반자동 개방식 경마장 연못 시스템을 구축하는 방법을 실시간 광학밀도 측정으로 성장을 모니터링합니다.

발전소의 탄소 포집과 미세조류 재배를 위한 반자동 개방형 경마장 연못 결합

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