Name: Koppeling van koolstofafvang uit een energiecentrale met semi-geautomatiseerde open racewayvijvers voor de teelt van microalgen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-08-14T16:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 17 s
Description: Leer een semi-geautomatiseerd systeem voor microalgenkweek met koolstofafvang uit rookgas van energiecentrales. Real-time monitoring via optische dichtheid en pH-sensoren optimaliseert de groeiomstandigheden.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door het Regional Algal Feedstock Testbed-project, U.S. Department of Energy DE-EE0006269. We bedanken ook Esteban Jimenez, Jessica Peebles, Francisco Acedo, Jose Cisneros, RAFT Team, Mark Mansfield, UA-personeel van energiecentrales en personeel van TEP-energiecentrales voor al hun hulp.

1. Groeisysteem: outdoor open raceway vijver instellingen
<ol><li>Richt de open raceway-vijvers dicht bij de rookgasbron in (met 8-10% CO2). Zorg ervoor dat water en elektriciteit beschikbaar zijn op de locatie van de vijverreactor en dat de reactor het grootste deel van de dag niet in de schaduw staat (figuur 1).</li>
	<li>Vang rookgas af tijdens het naverbrandingsproces met behulp van een brandstofslang van 0,95 cm, enkele meters voordat het rookgas de schoorsteen binnenkomt om in de atmosfeer te worden geloosd (figuur 2).</li>
	<li>Verwijder water uit het rookgas met behulp van een watervanger van 20 liter en een condensor (spoellengte ~ 12 m) tussen de schoorsteen en de compressor (figuur 2). OPMERKING: Rookgas bevat meestal ongeveer 9 \ u201213,8% water28. Daarnaast koelen de condensor en pijpleiding het rookgas16.</li>
	<li>Sluit de volgende sensoren aan op een datalogger om de algengroei te monitoren: (1) een real-time optische dichtheidssensor29, die de absorptie meet op twee golflengten - 650 en 750 nm - en een maximale algencelconcentratie van 1,05 g / L kan detecteren; (2) een DO-sensor; (3) lucht- en vijverthermokoppels; (4) een pH-sensor; en (5) een EC-sensor. OPMERKING: Bovendien zijn de pH- en EC-sensoren aangesloten op een zender. De configuratie van de dataloggereenheid is weergegeven in figuur 3.</li>
	<li>Zorg ervoor dat alle componenten van het algengroeisysteem zijn gekalibreerd en goed werken voordat ze worden ingeënt.</li>
</ol>2. pH-besturingssysteem
<ol><li>Beheer de rookgasinjectie met behulp van een compressor, een regelklepsysteem en het dataloggerprogramma, zoals weergegeven in figuur 2 en figuur 3 (Aanvullend materiaal A).</li>
	<li>Gebruik een buis om het rookgas van de regelklep naar de bodem van de racewayvijver te leiden via een stenen diffuser.</li>
	<li>Injecteer het rookgas in het groeisysteem op basis van de pH. Wanneer de pH-waarde hoger is dan 8,05, zal het systeem rookgas injecteren, terwijl wanneer de pH lager is dan 8,00, het systeem de rookgasinjectie stopt in perioden van geen groei. Het debiet wordt gemeten in standaard liters per minuut (SLPM). OPMERKING: In de regelklep is de rookgasdruk van de inlaat beperkt tot maximaal 50 psi.</li>
</ol>3. Algenselectie en stamonderhoud (licht en temperatuur)
OPMERKING: De groene alg Chlorella sorokiniana DOE 1412 werd geïsoleerd door Juergen Polle (Brooklyn College)30,31 en geselecteerd door de National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts (NAABB); de selectie was gebaseerd op de eerdere stamkarakteriseringsstudies uitgevoerd door Huesemann et al.32,33 . Hun onderzoek met betrekking tot algenscreening, biomassaproductiviteit en klimaatgesimuleerde kweek (bijv. Temperatuur en licht) in de zuidwestelijke regio bij gebruik van open raceway-vijvers in de buitenlucht, vormde de basis voor de methode die in dit project werd gebruikt.
<ol><li>Houd de culturen op kamertemperatuur (25 °C) met behulp van een licht/donkercyclus van 12 h/12 uur.</li>
	<li>Houd de lichtintensiteit op 200 μM/m2/s voor kweekonderhoud dat op platen en in kleine vloeistofculturen (50 ml tot 500 ml) wordt gekweekt.</li>
	<li>Houd de lichtintensiteit voor schaalvergroting in vloeibare culturen 50 ml tot 500 ml bij 400 μM / m2 / s en vloeibare culturen 5 l tot 20 l bij 600 \ u2012800 μM / m2 / s.</li>
</ol>4. Opschalen en kwaliteitscontrole
<ol><li>Bereid het BG11-kweekmedium met gedeïoniseerd water en de volgende zouten, voor macronutriënten, in g/L: 1,5 NaNO3, 0,04 K2HPO4, 0,075 MgSO4*H2O, 0,036 CaCl2*H2O, 0,006 (NH4)5Fe(C6H4O7)2, 0,006 Na2EDTA*2H2O, 0,02 Na2CO3; voeg 1 ml/l sporenelementoplossing toe, die de volgende micronutriënten in g/l bevat: 2,86 H3BO3, 1,81 MnCl2*4H2O, 0,22 ZnSO4*7H2O, 0,39 Na2MoO4*2H2O, 0,079 CuSO4*5H2O, 0,0494 Co(NO3)2*6H2O. OPMERKING: Voeg voor plaatinenting en/of langdurige opslag 7,5 g/l Bacto agar toe; voor cultuurinenting is geen toevoeging van agar nodig. Steriliseer kweekmedium in de autoclaaf gedurende 21 minuten bij 121 °C.</li>
	<li>Giet het BG11 medium met agar in petrischaaltjes in een steriele laminaire stromingskap of bioveiligheidskast. Zodra de platen stevig en koel zijn, pipetteer 500 μL uit een opnieuw gesuspendeerde bevroren algenbestandscultuur en voeg ampicilline (100 μg / ml) toe; incubeer de algenplaten in een schudtafel (120 rpm) gedurende 1 tot 2 weken.</li>
	<li>Gebruik een steriele lus om een enkele algenkolonie uit een kweekplaat te selecteren en en ent deze in een buis van 50 ml met steriel groeimedium in een schone bioveiligheidskast. Kweek de kleine vloeibare cultuur op een schudtafel (120 rpm) gedurende een week.</li>
	<li>Breng 50 ml algenkweek (lineaire groeifase, OD750 nm ≥ 1) over in een kolf van 1 l met een vloeibaar medium van 500 ml. Monteer elke kolf met een rubberen stop en roestvrijstalen buizen om beluchting te bieden. Filter de lucht met luchtsterilisatiefilters van 0,2 μm. Laat de cultuur één tot twee weken groeien. Controleer de celdichtheid met behulp van een spectrofotometer (OD750nm).</li>
	<li>Plaats de vloeibare cultuur van 500 ml in een carboy van 10 l met 8 l niet-steriel kweekmedium en injecteer een mengsel van 5% CO2 en 95% lucht. Kweek vervolgens algen onder dezelfde omstandigheden als in stap 4.4.</li>
	<li>Controleer de voorraadplaat en vloeistofculturen (in stap 4.2\u20124.5) eenmaal per week. Neem een aliquot en observeer deze onder de microscoop bij 10x en 40x vergroting om de groei van de gewenste soort te garanderen. Bewaarde culturen totdat ze zijn aangetast of gebruikt voor experimenten. Gooi besmette culturen weg.</li>
</ol>5. Geconcentreerde mediumvoorbereiding voor open vijverteelt
<ol><li>Voor het bereiden van sporenelementen vult de oplossing een maatkolf van 1 L gedeeltelijk met gedestilleerd water (DW). Plaats een magneetroerbalk en voeg achtereenvolgens de in tabel 1 vermelde chemicaliën toe. Zorg ervoor dat elk ingrediënt oplost voordat het volgende bestanddeel wordt toegevoegd. Verwijder de magneet en vul de kolf tot de volumemarkering van 1 liter.</li>
	<li>Vul een glazen fles van 1 L gedeeltelijk met DW en plaats de magneetroerstaaf. Plaats de container op de bovenkant van een magneetroerderplaat en voeg de chemicaliën toe voor het uiteindelijke volume van de reactor, voeg ze sequentieel toe, zodat elk volledig oplost. Tabel 2 geeft een overzicht van de chemicaliën die 1 L medium moeten bereiden, dus vermenigvuldig alle waarden met het uiteindelijke volume van de reactor. Vul de glazen fles tot 1 L.</li>
</ol>6. Outdoor open raceway vijver inenting
<ol><li>Reinig de reactor grondig met 30% bleekmiddel voor elke inenting en na het oogsten. Het wordt aanbevolen om het bleekmiddel een nacht te laten staan. Spoel de reactor goed af om alle bleekmiddel te verwijderen.</li>
	<li>Kalibreer alle sensoren vóór algeninenting volgens de bijbehorende kalibratieprocedure.</li>
	<li>Verdun de geconcentreerde media (in stap 5) met behulp van de waterbron door de racewayvijver tot 80% te vullen.</li>
	<li>Ent de reactor met behulp van een 10 L carboy gevuld met algen (lineaire groeifase OD750nm > 2) en breng het naar zijn uiteindelijke volume.</li>
	<li>Acclimatier microalgen door de racewayvijver gedeeltelijk te schaduwen met houten pallets gedurende ~ 3 dagen (figuur 4), zodra de exponentiële fase voorbij is, als een aanpassingsstrategie om foto-inductie te voorkomen. OPMERKING: Deze periode biedt ook tijd voor de microalgen om zich aan te passen aan de stress die wordt veroorzaakt door de directe injectie van rookgas.</li>
</ol>7. Batchgroeiexperiment bij de opwekkingscentrale
<ol><li>Inspecteer en registreer alle dagelijkse variaties, waaronder waterverdamping, radermotor, sensorfunctionaliteit en alles wat ongewoon is.</li>
	<li>Laat de compressor en watervanger elke dag leeglopen en inspecteren om overtollig water te verwijderen om corrosie te minimaliseren, aangezien rookgas zeer corrosief is34.</li>
	<li>Configureer de datalogger om elke sensormeting om de 10 s te scannen en de gemiddelde gegevens elke 10 minuten op te slaan. Deze omvatten DO, pH, EC, real-time optische dichtheid en lucht- en reactortemperatuur.</li>
</ol>8. Discrete bemonstering en monitoring
<ol><li>Zorg ervoor dat het waterniveau constant blijft bij het uiteindelijke volume van de reactor, anders wordt de optische dichtheidsmeting beïnvloed.</li>
	<li>Na het aanvullen van water in de reactor, neemt u een monster van 5 ml voor celmassametingen op optische dichtheid (540, 680 en 750 nm) met behulp van een ultraviolet-zichtbare spectrofotometer. Herhaal het proces dagelijks.</li>
	<li>Neem drie keer per week een monster van 500 ml voor microscoopwaarnemingen en biomassaconcentratie op basis van asvrij drooggewicht (AFDW).<ol>
<li>Voer microscoopwaarnemingen uit met 10x en 40x objectieflenzen. Bovendien worden deze microscoopvergrotingen gebruikt als onderdeel van de kwaliteitscontrole van algen zoals beschreven in stap 4.6.</li>
		<li>Gebruik 400 ml van het monster in stap 8.3 voor AFDW<ol>
<li>Plaats elk glazen microvezelfilter van 0,7 μm poriegrootte in een aluminiumfolielade en behandel elke aluminiumfolielade / filter voor met behulp van een oven gedurende 4 uur bij 540 ° C.</li>
			<li>Label elke aluminiumfolielade met een # 2 potlood, noteer het gewicht (A) en plaats het in het vacuümfilterapparaat.</li>
			<li>Roer het algenmonster krachtig voordat u een te filteren volume meet. Filter voldoende algenmonster om een pre/post as gewichtsverschil van tussen de 8 en 16 mg te geven. Kies een gewichtsverschil dat u in de loop van het experiment wilt gebruiken en houd deze waarde constant.</li>
			<li>Plaats elk filter met het algenmonster gedurende ten minste 12 uur in de foliebak in de oven bij 105 °C.</li>
			<li>Haal de foliebak/het filter uit de droogoven en plaats deze in een glazen exsiccator om wateropname te voorkomen. Noteer het gewicht van elke folielade/filter (B).</li>
			<li>Plaats de foliebak/het filter gedurende 4 uur in de 540 °C muffle oven.</li>
			<li>Schakel de moffeloven uit, koel foliebakken/filters af, plaats ze in de exsiccator en noteer elk foliebakje/filtergewicht (C).</li>
			<li>Bereken AFDW met gravimetrische analyse: % AFDW= C – A x 100 / B</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Houd 2 L algen vast voordat u ze oogst voor microgolfondersteunde extractie (MAE) lipide-extractieanalyse met behulp van oplosmiddelen.<ol>
<li>Centrifugeer het algenmonster met een relatieve centrifugale kracht (RFC) van 4.400 x g gedurende 15 minuten. Neem de algenkorrel en droog deze in een oven op 80 °C gedurende ten minste 24 uur.</li>
		<li>Maal het algenmonster en weeg het algenpoeder (de aanbevolen biomassa varieert van 0,3 g tot 0,5 g).</li>
		<li>Voeg het algenpoeder (droge algenbiomassa) toe aan het microgolf versnelde reactiesysteem (MARS) Xpress-vaten, voeg 10 ml chloroform:methanol (2:1, v/v) oplosmiddeloplossing onder de motorkap toe, sluit de vaten en laat een nacht staan.</li>
		<li>Plaats de vaten gedurende 60 minuten in de MARS-machine met behulp van de oplosmiddelsensor bij 70 °C en 800 W vermogen.</li>
		<li>Haal vaten uit de MARS en laat ze afkoelen onder de motorkap.</li>
		<li>Gebruik een trechter en glaswol om het vloeibare deel dat chloroform, methanol en lipiden bevat te scheiden door elk vloeibaar monster over te brengen naar een voorgewogen glazen reageerbuis en houd de vaste stoffen (biomassa vrij van lipiden) voor andere analyses.</li>
		<li>Breng de reageerbuizen met de lipiden naar de stikstofverdamper, verwijder ze zodra de vloeistof is verdampt en laat de buizen vervolgens een nacht onder de motorkap om volledige droogheid te garanderen.</li>
		<li>Bereken het lipidengehalte (wt. %) met behulp van gravimetrische analyse: Lipidengehalte (wt. %) = Droge biomassa van lipiden x 100/ Droge algenmassa</li>
	</ol>
</li>
</ol>9. Algenoogst en vruchtwisseling
<ol><li>Oogst 75% van het totale algenkweekvolume wanneer de kweek de stationaire fase nadert. Neem 2\u20125 L cultuur om biomassaproductiviteitsanalyses in het laboratorium uit te voeren. Verwerk en zet de rest van de algen om in de gewenste algenproducten.</li>
	<li>Kweek de open raceway-vijver opnieuw door de 25% overgebleven algen als entmateriaal te gebruiken. Voeg water toe tot 80% van het totale reactorvolume, voeg de geconcentreerde media toe en vul indien nodig af tot het uiteindelijke volume van de reactor.</li>
	<li>Kweek de juiste algenstam volgens het seizoen, op basis van temperatuur en lichtintensiteit.</li>
</ol>10. Gegevensbeheer
<ol><li>Leg gegevens vast in de datalogger en verzamel ze voor analyse zoals in stap 7.3.</li>
	<li>Overweeg om ruwe en geanalyseerde gegevens op te slaan in de Regional Algal Feedstock Testbed (RAFT) share drive. Raft-projectmedewerkers dragen hun gegevens bij om algenproductiviteit te simuleren en te modelleren en buitenteelt te valideren.</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

In deze studie tonen we aan dat het synergetisch koppelen van rookgaskoolstofafvang en microalgenteelt mogelijk is in een heet semi-aride klimaat. Het experimentele protocol voor het semi-geautomatiseerde raceway-vijversysteem integreert state-of-the-art technologie om relevante parameters in realtime te bewaken die correleren met algengroei bij het gebruik van rookgas als koolstofbron. Het voorgestelde protocol is bedoeld om de onzekerheid in de algenteelt te verminderen, wat een van de belangrijkste nadelen is van race...

De opwarming van de aarde is een van de belangrijkste milieuproblemen waarmee de wereld vandaag wordt geconfronteerd1. Studies suggereren dat de belangrijkste oorzaak de toename van de uitstoot van broeikasgassen (BKG), voornamelijk CO2, in de atmosfeer is als gevolg van menselijke activiteiten 2,3,4,5,6,7. In de VS is de grootste dichtheid van CO2-uitstoot voornamelijk afkomstig van de verbranding van fossiele brandstoffen in de energiesector, met name elektriciteitscentrales 3,7,8,9. Zo zijn technologieën voor koolstofafvang en -gebruik (CCU) naar voren gekomen als een van de belangrijkste strategieën om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen 2,7,10. Deze omvatten biologische systemen die zonlicht gebruiken om CO2 en water via fotosynthese, in aanwezigheid van voedingsstoffen, om te zetten in biomassa. Het gebruik van microalgen is voorgesteld vanwege de snelle groeisnelheid, het hoge CO 2-fixatievermogen en de hoge productiecapaciteit. Bovendien hebben microalgen een breed bio-energiepotentieel omdat de biomassa kan worden omgezet in interessante producten, zoals biobrandstoffen die fossiele brandstoffen kunnen vervangen 7,9,10,11,12.
Microalgen kunnen groeien en biologische omzetting bereiken in een verscheidenheid aan teeltsystemen of reactoren, waaronder open raceway vijvers en gesloten fotobioreactoren 13,14,15,16,17,18,19. Onderzoekers hebben de voordelen en beperkingen bestudeerd die het succes van het bioproces in beide teeltsystemen bepalen, onder binnen- of buitenomstandigheden 5,6,16,20,21,22,23,24,25 . Open raceway vijvers zijn de meest voorkomende teeltsystemen voor koolstofafvang en -gebruik in situaties waar rookgas rechtstreeks vanuit de schoorsteen kan worden gedistribueerd. Dit type teeltsysteem is relatief goedkoop, is eenvoudig op te schalen, heeft lage energiekosten en heeft een lage energiebehoefte voor het mengen. Bovendien kunnen deze systemen eenvoudig naast de energiecentrale worden geplaatst om het CCU-proces efficiënter te maken. Er zijn echter enkele nadelen waarmee rekening moet worden gehouden, zoals de beperking van de overdracht van CO2-gas / vloeistofmassa. Hoewel er beperkingen zijn, zijn open raceway-vijvers voorgesteld als het meest geschikte systeem voor de productie van microalgenbiobrandstof in de buitenlucht 5,9,11,16,20.
In dit artikel beschrijven we een methode voor de teelt van microalgen in open raceway-vijvers die koolstofafvang uit het rookgas van een aardgascentrale combineert. De methode bestaat uit een semi-geautomatiseerd systeem dat de rookgasinjectie regelt op basis van de pH van de cultuur; het systeem bewaakt en registreert de Chlorella sorokiniana-cultuurstatus in realtime met behulp van optische dichtheid, opgeloste zuurstof (DO), elektrogeleiding (EC) en lucht- en vijvertemperatuursensoren. Algenbiomassa en rookgasinjectiegegevens worden elke 10 minuten verzameld door een datalogger in de Tucson Electric Power-faciliteit. Algenstamonderhoud, opschaling, kwaliteitscontrolemetingen en biomassakarakterisering (bijv. Correlatie tussen optische dichtheid, g / L en lipidegehalte) worden uitgevoerd in een laboratoriumomgeving aan de Universiteit van Arizona. Een eerder protocol schetste een methode voor het optimaliseren van rookgasinstellingen om de groei van microalgen in fotobioreactoren te bevorderen via computersimulatie26. Het hier gepresenteerde protocol is uniek omdat het gebruik maakt van open raceway-vijvers en is ontworpen om ter plaatse te worden geïmplementeerd in een aardgascentrale om direct gebruik te maken van het geproduceerde rookgas. Daarnaast maken real-time optische dichtheidsmetingen deel uit van het protocol. Het systeem zoals beschreven is geoptimaliseerd voor een heet semi-aride klimaat (Köppen BSh), dat lage neerslag, aanzienlijke variabiliteit in neerslag van jaar tot jaar, lage relatieve vochtigheid, hoge verdampingssnelheden, heldere luchten en intense zonnestraling vertoont27.

<table><tbody><tr><td>Adjustable speed motor (paddle wheel system)</td><td>Leeson</td><td>174307</td><td>Lesson 174307.00, type: SCR Voltage; Amps:10</td></tr><tr><td>Aluminum weight boats</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-732-102</td><td>Fisherbrand Aluminum Weighing Dishes</td></tr><tr><td>Ammonium Iron (III) (NH?)?[Fe(C?H?O?)?]</td><td>Fisher Scientific</td><td>1185 - 57 - 5</td><td>Medium preparation. Ammonium iron(III) citrate</td></tr><tr><td>Ammonium Phosphate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>7722-76-1</td><td>Deze chemische stof wordt gebruikt voor het geoptimaliseerde medium</td></tr><tr><td>Ampicillin sodium salt</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A9518-5G</td><td>Deze chemische stof wordt gebruikt om besmetting met algen te voorkomen</td></tr><tr><td>Autoclave</td><td>Amerex Instrument Inc</td><td></td><td>Hirayama HA300MII</td></tr><tr><td>Bacto agar</td><td>Fisher Scientific</td><td>BP1423500</td><td>Fisher BioReagents Granulated Agar</td></tr><tr><td>Bleach</td><td>Clorox</td><td></td><td>Germicidal Bleach, concentrated clorox</td></tr><tr><td>Boric Acid (H3BO3)</td><td>Fisher Scientific</td><td>10043-35-3</td><td>Trace Elelements: Boorzuur</td></tr><tr><td>Calcium chloride dihydrate (CaCl2*2H2O)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>10035-04-8</td><td>Medium preparation. Calcium chloride dihydrate</td></tr><tr><td>Carboys (20 L)</td><td>Nalgene - Thermo Fisher Scientific</td><td>2250-0050PK</td><td>Polypropylene Carboy w/Handles</td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Beckman Coulter, Inc</td><td></td><td>J2-21</td></tr><tr><td>Chloroform</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>67-66-3</td><td>Deze chemische stof wordt gebruikt voor lipide-extractie</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>Cobalt (II) nitrate hexahydrate (Co(NO3)2*6H2O)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>10026-22-9</td><td>Trace Elements: Cobalt (II) nitrate hexahydrate</td></tr><tr><td>Compressor</td><td>Makita</td><td>MAC700</td><td>Deze apparatuur wordt gebruikt voor het injectiesysteem met CO2</td></tr><tr><td>Control Valve</td><td>Sierra Instruments</td><td>SmartTrak 100</td><td>Dit item moet worden aangepast aan uw toepassing. In ons geval werd een mengsel van 5% CO2 en 95% lucht gebruikt.</td></tr><tr><td>Copper (II) Sulfate Pentahydrate (CuSO4*5H2O)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>7758-99-8</td><td>Trace Elements: Copper (II) Sulfate Pentahydrate</td></tr><tr><td>Data Logger: Campbell unit CR3000</td><td>Scientific Campbell</td><td>CR3000</td><td>Deze apparatuur wordt gebruikt voor het regelen van het hele systeem, het besturen en het registreren van gegevens</td></tr><tr><td>Dissolvde Oxygen Solution</td><td>Campbell Scientific</td><td>14055</td><td>Dissolved oxygen electrolyte solution DO6002 - Lot No. 211085</td></tr><tr><td>Dissolved Oxygen probe</td><td>Sensorex</td><td>?</td><td>DO6400/T Dissolved Oxygen Sensor with Digital Communication</td></tr><tr><td>Electroconductivity calibration solution</td><td>Ricca Chemical Company</td><td>2245 - 32 ( R2245000-1A )</td><td>Conductivity Standard, 5000 uS/cm bij 25C (2620 ppm TDS als NaCl)</td></tr><tr><td>Electroconductivity probe sensor</td><td>Hanna Instruments</td><td>HI3003/D</td><td>Flow-thru Conductivity Probe - NTC Sensor, DIN Connector, 3m Cable</td></tr><tr><td>Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate (Na2EDTA*2H2O)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>6381-92-6</td><td>Medium Preparation: Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate</td></tr><tr><td>Filters</td><td>Fisher Scientific</td><td>09-874-48</td><td>Whatman Binder-Free Glass Microfiber Filters</td></tr><tr><td>Flasks</td><td>Fisher scientific</td><td>09-552-40</td><td>Pyrex Fernbach Flasks</td></tr><tr><td>Furnace</td><td>Hogentogler</td><td>Model: F6020C-80</td><td>Thermo Sicentific Thermolyne F6020C - 80 Muffle Furnace</td></tr><tr><td>Glass dessicator</td><td>VWR International LLC</td><td>75871-430</td><td>Type 150, 140 mm diameter</td></tr><tr><td>Glass funnel</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB6005865</td><td>Fisherbrand Reusable Glass Long-Stem Funnels</td></tr><tr><td>Laminar flow hood</td><td>Fisher Hamilton Safeair</td><td></td><td>Fisher Hamilton Stainless Safeair hume hood</td></tr><tr><td>Magnesium sulfate heptahydrate (MgSO4*7H2O)</td><td>Fisher Scientific</td><td>10034 - 99 - 8</td><td>Medium Preparation: Magnesium sulfate heptahydrate</td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>67-56-1</td><td>Lipid extraction solvent</td></tr><tr><td>Micro bubble Diffuser</td><td>Pentair Aquatic Eco-Systems</td><td>1PMBD075</td><td>Deze apparatuur wordt gebruikt voor het injectiesysteem met CO2</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 extraction</td><td>MARS, CEM Corportation</td><td></td><td>CEM Mars 5 Xtraction 230/60 Microwave Accelerated Reaction System. Model: 907601</td></tr><tr><td>MnCl2*4H2O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>13446-34-9</td><td>Manganese(II) chloride tetrahydrate</td></tr><tr><td>Mortars</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB961B</td><td>Fisherbrand porselein mortels</td></tr><tr><td>Nitrogen evaporator</td><td>Organomation</td><td></td><td>N-EVAP 112 Nitrogen Evaporator (OA-SYS Heating System)</td></tr><tr><td>Oven</td><td>VWR International LLC</td><td>89511-410</td><td>Forced Air Oven</td></tr><tr><td>Paddle Wheel</td><td></td><td></td><td>8-bladige horizontale aspropeller. Dit komt meestal als onderdeel van de reactor met roerwielen.</td></tr><tr><td>Paddle wheel motor</td><td>Leeson</td><td>M1135042.00</td><td>Leeson, Model: CM34025Nz10C; 1/4 HP; Volts 90; FR 34; 62 RPM.</td></tr><tr><td>Pestles</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB961M</td><td>Fisherbrand porselein stampers</td></tr><tr><td>pH and EC Transmitter</td><td>Hanna Instruments</td><td>HI98143</td><td>Hanna Instruments HI98143-04 pH and EC Transmitter with Galvanic isolated 0-4V.</td></tr><tr><td>pH calibration solutions</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-643-003</td><td>Thermo Scientific Orion pH Buffer Bottles</td></tr><tr><td>pH probe sensor</td><td>Hanna Instruments</td><td>HI1006-2005</td><td>Hanna Instruments HI1006-2005 Teflon pH Electrode with matching pin 5m.</td></tr><tr><td>Pippete tips</td><td>Fisher Scientific</td><td>1111-2821</td><td>1000 ul TipOne graduated blue tip in racks</td></tr><tr><td>Pippetter</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-690-032</td><td>Eppendorf Res

koppeling van koolstofafvang uit een energiecentrale met semi-geautomatiseerde open racewayvijvers voor de teelt van microalgen

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

In de Verenigde Staten is 35% van de totale uitstoot van koolstofdioxide (CO2) afkomstig van de elektriciteitsindustrie, waarvan 30% de opwekking van aardgaselektriciteit vertegenwoordigt. Microalgen kunnen CO2 10 tot 15 keer sneller biofixeren dan planten en algenbiomassa omzetten in interessante producten, zoals biobrandstoffen. Deze studie presenteert dus een protocol dat de potentiële synergieën van microalgenteelt aantoont met een aardgascentrale in het zuidwesten van de Verenigde Staten in een heet semi-aride klimaat. State-of-the-art technologieën worden gebruikt om de koolstofafvang en het gebruik via de groene algensoort Chlorella sorokiniana te verbeteren, die verder kan worden verwerkt tot biobrandstof. We beschrijven een protocol met betrekking tot een semi-geautomatiseerde open raceway-vijver en bespreken de resultaten van de prestaties toen het werd getest in de Tucson Electric Power-fabriek in Tucson, Arizona. Rookgas werd gebruikt als de belangrijkste koolstofbron om de pH te regelen en Chlorella sorokiniana werd gekweekt. Een geoptimaliseerd medium werd gebruikt om de algen te laten groeien. De hoeveelheid CO2 die in functie van de tijd aan het systeem werd toegevoegd, werd nauwlettend in de gaten gehouden. Daarnaast werden andere fysisch-chemische factoren die van invloed zijn op de algengroeisnelheid, biomassaproductiviteit en koolstoffixatie gecontroleerd, waaronder optische dichtheid, opgeloste zuurstof (DO), elektrogeleiding (EC) en lucht- en vijvertemperaturen. De resultaten geven aan dat een microalgenopbrengst tot 0,385 g/L asvrij drooggewicht haalbaar is, met een lipidengehalte van 24%. Het benutten van synergetische kansen tussen CO 2-uitstoters en algenboeren kan de middelen leveren die nodig zijn om de koolstofafvang te vergroten en tegelijkertijd de duurzame productie van algenbiobrandstoffen en bioproducten te ondersteunen.

Eerdere experimentele resultaten van ons laboratorium geven aan dat microalgenteelt met behulp van een semi-geautomatiseerde open raceway-vijver kan worden gekoppeld aan koolstofafvangprocessen. Om de synergie tussen deze twee processen beter te begrijpen (figuur 2), hebben we een protocol ontwikkeld en op maat gemaakt voor het kweken van de groene algensoort Chlorella sorokiniana onder buitenomstandigheden in een warm semi-aride klimaat. Aardgas rookgas werd verkregen uit een indus...

Er wordt een protocol beschreven om de koolstofdioxide in het rookgas van aardgascentrales te gebruiken om microalgen te cultiveren in open raceway-vijvers. Rookgasinjectie wordt geregeld met een pH-sensor en de groei van microalgen wordt gemonitord met realtime metingen van de optische dichtheid.

Koppeling van koolstofafvang uit een energiecentrale met semi-geautomatiseerde open racewayvijvers voor de teelt van microalgen

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

Dit semi-automatische raceway-cultuursysteem, gecontroleerd door een pH-sensor, kan direct rookgas van energiecentrales voor microalgencultivatie vastleggen en kan de groei van microalgen met realtime metingen bewaken. Het reactorsysteem maakt de directe vastlegging en het gebruik van koolstof uit industrieel rookgas mogelijk om microalgen te laten groeien in ter plaatse semi-geautomatiseerde open vijverracewaysystemen. Het systeem kan worden gebruikt om alternatieve algensoorten te cultiveren en om koolstof uit elke elektriciteitscentrale te vangen.Om een open raceway vijver op te zetten, bevestigt u een brandstofslang van 0,95 centimeter om het rookgas tijdens het naverbrandingsproces op te vangen, een paar meter voordat het rookgas de schoorsteen binnenkomt om in de atmosfeer te worden afgevoerd. Plaats een 20 liter waterval en een ongeveer 12 meter lange condensor tussen de schoorsteen en de compressor om water uit het rookgas te verwijderen. Om de algengroei te bewaken, sluit u een real-time optische dichtheidssensor aan die de absorptie bij 650 en 750 nanometer meet, een opgeloste zuurstofsensor, lucht- en vijverthermokoppels, een pH-sensor en een elektroconductiviteitssensor aan op een datalogger.Om een pH-controlesysteem in te stellen, verbindt u een compressor en regelklepsysteem met het dataloggerprogramma om de rookgasinjectie te beheren en gebruikt u een buis om het rookgas van de regelklep door een steendiffusor naar de bodem van de raceway-vijver te leiden, stel het systeem dan in om rookgas te injecteren wanneer de pH-waarde groter was dan 8,05 en om de rookgasinjectie te stoppen wanneer de pH minder dan acht is. Om een algencultuursysteem op te zetten, stelt u de kweekruimte in op 25 graden Celsius in een cyclus van 12 uur licht, 12 uur donker en gebruikt u gedeïoniseerd water, zouten en macro- en micronutriënten om BG-11-kweekmedium te bereiden. Gebruik een steriele lus om een enkele algenkolonie van de kweekplaat te selecteren en inoculeer de algen in een buis van 50 milliliter die steriele groeimedium bevat in een schone bioveiligheidscabinet.Laat de kleine vloeibare cultuur een week lang groeien op een schudtafel bij 120 omwentelingen per minuut. Aan het einde van de incubatie, brengt u het hele volume van de algencultuur over in 500 milliliter vloeibare cultuur in een fles van een liter en sluit u de fles af met een rubberen stop die is voorzien van roestvrijstalen buis om beluchting te bieden. Filter de lucht met 0,20 micron luchtsterilisatiefilters en laat de cultuur nog een tot twee weken groeien met behulp van een spectrofotometer om de celdichtheid dagelijks te controleren.Aan het einde van de kweekperiode, voegt u 500 milliliter van de vloeibare algencultuur toe aan acht liter niet-steriele kweekmedium in een carboy van 10 liter en injecteert u een mengsel van 5% koolstofdioxide en 95% lucht in de carboy. Bewaak de stamplaat en vloeibare culturen onder een lichtmicroscoop bij 10 en 40X vergroting eenmaal per week om de groei van de belangrijke stam te garanderen. Om een open raceway vijver buiten met algen te inoculeren, reinig eerst de reactor gedurende de nacht grondig met 30% bleekmiddel.Spoel de reactor de volgende ochtend totdat al het bleekmiddel is verwijderd en kalibreer alle sensoren volgens hun bijbehorende kalibratieprocedures. Vul de raceway vijver tot 80% met water om het geconcentreerde medium te verdunnen en inoculeer de vijver met de carboy van 10 liter met algencultuur. Breng de vijver naar zijn eindvolume en schaduw de raceway vijver gedurende ongeveer drie dagen gedeeltelijk met houten pallets als aanpassingsstrategie om foto-inhibitie te voorkomen om de microalgen te laten acclimatiseren aan het kweeksysteem.Voer een batchgroei-experiment uit door eventuele dagelijkse variaties te inspecteren en te registreren, inclusief waterverdamping, de functionaliteit van de roeiwielomotor en de sensoren, of iets anders dat ongewoon is. Laat de compressor en waterval dagelijks leeglopen en inspecteer ze om de verwijdering van overtollig water mogelijk te maken en om rookgascorrosie te minimaliseren. Configureer de datalogger om elke sensormeting elke 10 seconden te scannen en om de gemiddelde sensor- en lucht- en reactortemperatuurgegevens elke 10 minuten op te slaan.Zorg ervoor dat het waterniveau constant blijft op het eindvolume van de reactor om de optische dichtheidsmeting niet te beïnvloeden. Nadat het water in de reactor is aangevuld, verzamelt u een algenbiomassamonster met behulp van een fles van 250 milliliter. Meet de optische dichtheid in de spectrofotometer.Controleer drie keer per week de kwaliteit van de algencultuur door middel van lichtmicroscopie. Wanneer een cultuur dicht bij het bereiken van de stationaire fase is, oogst u 75% van het totale algencultuurvolume en gebruikt u twee tot vijf liter van de kweeksuspensie om biomassaproductiviteitsanalyse in het laboratorium uit te voeren, en verwerk en converteer vervolgens de rest van de algen in de gewenste algenproducten. Hier kan een vergelijking tussen de sensor- en laboratoriummetingen worden waargenomen.Beide kweekmethoden vertonen vergelijkbare trends met gegevens die toenemen als functie van de tijd. De optische dichtheidswaarden nemen overdag toe, maar nemen 's nachts af tijdens de ademhaling, wat wijst op een verandering in biomassaproductiviteit, dus de integratie van een real-time optische dichtheidssensor maakt het mogelijk om effectieve beheerbeslissingen te nemen over het algehele algenproductiesysteem. In deze analyse werd rookgas geïnjecteerd vanaf ongeveer 8:00 uurtot 18:00 uur, maar werd niet geïnjecteerd tussen 18:00 uur en 8:00 uur.Deze dag/nachtcyclus weerspiegelt de blootstelling aan daglichtzonlicht en het gebrek aan licht 's nachts, en bijgevolg de activering van fotosynthese of fotorespiratie. Zoals geïllustreerd in deze figuur, naarmate de groeisnelheid van de algen toeneemt, is meer rookgas vereist, wat bevestigt dat het aan/uit-rookgaspulsinjectiesysteem effectief is bij het faciliteren van koolstofopname en -gebruik door micro

coupling-carbon-capture-from-power-plant-with-semi-automated-open

Research

JoVE Journal

Environment

Milieu

Rookgas van energiecentrales is een goedkope CO 2 bron voor algengroei. We hebben prototype "rookgas teelt van algen" gebouwd systemen en beschreef hoe de opschaling van de algen teeltproces. We hebben het gebruik van een massa-overdracht bio-reactie model te simuleren en het ontwerp van de optimale werking van rookgas voor de groei van Chlorella sp aangetoond. in algen foto-bioreactoren.

Optimaliseer Rookgas instellingen ter bevordering van microalgen groei in fotobioreactoren via Computersimulaties

Integratie van microalgencultivatiek met industrieel rookgas zal uiteindelijk zware metalen en andere anorganische verbindingen in de groeimedia introduceren. Deze studie presenteert een procedure die wordt gebruikt om het eindlot en de impact van zware metalen en anorganische verontreinigingen op de groei van Nannochloropsis salina gekweekt in fotobioreactoren te bepalen.

Kwantificering van zware metalen en andere anorganische contaminanten op de productiviteit van microalgen

Een experimentele methode wordt voorgesteld om de prestaties van kleine (100 L) en grote (1000 L) vergelijken schaal reactoren ontworpen voor algen sanering van de stortplaats afvalwater. Systeemkenmerken, zoals specifiek oppervlak tot volumeverhouding, retentietijd biomassa dichtheid en afvalwater voer concentraties kan worden aangepast op basis van toepassing.

Vergelijking van de schaal in een Photosynthetic Reactor System for Algen sanering van afvalwater

Dit document beschrijft het montageproces en de werking van een fotokinetische biotactor met een schaalvergroting, die in combinatie met andere methoden kan worden gebruikt om de relevante kinetische groeiparameters te schatten. Dit systeem controleert de pH, het licht en de temperatuur voortdurend met behulp van sensoren, een dataverzamelings- en besturingseenheid en open-source data acquisition software.

Constructie en opstelling van een Benchschaal Alg Photosynthetic Bioreactor met Temperatuur, Licht en pH Monitoring voor Kinetische Groeitesten

Hier presenteren we een protocol om te bouwen van lab-schaal zeepbel kolom photobioreactors en ze gebruiken om cultuur microalgen. Het biedt ook een methode voor de bepaling van de groeisnelheid van de cultuur en de neutrale vetgehalte.

Teelt van groene microalgen in Bubble kolom Photobioreactors en een kwantitatieve analyse voor neutrale lipiden

Bench-Scale, Axenische teelt vergemakkelijkt microalgal karakterisering en productiviteit optimalisatie voor verdere proces scale-up. Photobioreactoren zorgen voor de nodige controle voor betrouwbare en reproduceerbaar microalgal experimenten en kunnen worden aangepast om microalgen veilig te cultiveren met de corrosieve gassen (CO2, dus2, No2) van gemeentelijke of industriële verbrandingsemissies.

Microalgen teelt en biomassa kwantificering in een Fotobioreactor met een tafel schaal met corrosieve rookgas

Deze publicatie beschrijft het ontwerp van laboratoriumfotobioreactoren (PBR's) met aanpasbare lichtregimes. De groei van cyanobacteriën of microalgen, met bicarbonaat als koolstofbron, wordt continu bewaakt door de volumetrische zuurstofproductie te meten. Deze PBR's maken snelle, gerepliceerde laboratoriumgroeivergelijkingen mogelijk met weinig tussenkomst van de gebruiker tijdens experimenten.

Werking van laboratoriumfotobioreactoren met online groeimetingen en aanpasbare lichtregimes

Luchtverontreiniging heeft invloed op de kwaliteit van leven van alle organismen. Hier beschrijven we het gebruik van microalgenbiotechnologie voor de behandeling van biogas (gelijktijdige verwijdering van kooldioxide en waterstofsulfide) en de productie van biomethaan door middel van semi-industriële open algenvijvers met hoge snelheid en de daaropvolgende analyse van behandelingsefficiëntie, pH, opgeloste zuurstof en microalgengroei.

Biogaszuivering door het gebruik van een microalgenbacterieel systeem in semi-industriële algenvijvers met hoge snelheid

We hebben een methode voor het uitvoeren van kruisen in Setaria viridis (S. viridis) ontwikkeld. Bij deze methode wordt het snoeien van de pluim voorafgaand aan een warm water behandeling om levensvatbare pollen doden. Kruisen worden uitgevoerd na een goed gecontroleerde groei regime en meestal tot gevolg dat het herstel van 1-7 kruisbestuiving zaad / s per pluim.

Methoden voor het uitvoeren van Kruisen in<em&gt; Setaria viridis</em&gt;, Een Nieuw Model Systeem voor de Grassen

Werkwijze voor de bepaling van vetzuren en samenstelling microalgen gebaseerd op mechanische celdisruptie, oplosmiddelhoudende vetextractie, verestering en kwantificatie en identificatie van vetzuren met gaschromatografie wordt beschreven. Een tripentadecanoin interne standaard wordt gebruikt ter compensatie van eventuele verliezen bij de winning en onvolledige omestering.

Analyse van vetzuurgehalte en Compositie in Microalgen

Leer een semi-geautomatiseerd systeem voor microalgenkweek met koolstofafvang uit rookgas van energiecentrales. Real-time monitoring via optische dichtheid en pH-sensoren optimaliseert de groeiomstandigheden.

Koppeling van koolstofafvang uit een energiecentrale met semi-geautomatiseerde open racewayvijvers voor de teelt van microalgen

Meer video's verkennen