Sprzężenie wychwytywania dwutlenku węgla z elektrowni z półautomatycznymi otwartymi stawami torowymi do uprawy mikroalg

Ten półautomatyczny system uprawy bieżni sterowany przez czujnik pH może bezpośrednio wychwytywać gazy spalinowe z planów zasilania do uprawy mikroalg i może monitorować wzrost mikroalg za pomocą pomiarów w czasie rzeczywistym. System reaktora umożliwia bezpośrednie wychwytywanie i wykorzystanie węgla ze spalin przemysłowych do hodowli mikroalg w półautomatycznych systemach bieżni z otwartymi stawami na miejscu. System może być stosowany do uprawy alternatywnych gatunków glonów oraz do wychwytywania dwutlenku węgla z dowolnej elektrowni.

Aby ustawić otwarty staw bieżniowy, należy podłączyć wąż paliwowy o długości 0,95 centymetra, aby wychwycić spaliny podczas procesu dopalania, kilka metrów przed wejściem spalin do komina w celu odprowadzenia do atmosfery. Umieść 20-litrowy syfon i skraplacz o długości około 12 metrów między kominem a sprężarką, aby usunąć wodę ze spalin. Aby monitorować wzrost glonów, podłącz czujnik gęstości optycznej w czasie rzeczywistym, który mierzy absorbancję przy 650 i 750 nanometrach, czujnik tlenu rozpuszczonego, termopary powietrza i stawu, czujnik pH i czujnik przewodności elektrycznej do rejestratora danych.

Aby skonfigurować system kontroli pH, podłącz układ sprężarki i zaworu sterującego do programu rejestratora danych, aby zarządzać wtryskiem spalin i użyj rurki do skierowania spalin z zaworu sterującego przez kamienny dyfuzor na dno stawu bieżni, a następnie ustaw system tak, aby wtryskiwał spaliny, gdy wartość pH była większa niż 8,05 i zatrzymał wtrysk spalin, gdy pH osiągnie jest mniejsza niż osiem. Aby skonfigurować system hodowli glonów, ustaw pomieszczenie hodowlane na 25 stopni Celsjusza w 12-godzinnym cyklu światła i 12-godzinnego ciemnego cyklu, a następnie użyj dejonizowanych soli wodnych oraz makro i mikroelementów do przygotowania pożywki hodowlanej BG-11. Użyj sterylnej pętli, aby wybrać pojedynczą kolonię glonów z płytki hodowlanej i zaszczepić glony w 50-mililitrowej probówce zawierającej sterylną pożywkę wzrostową w czystej komorze bezpieczeństwa biologicznego.

Hoduj małą płynną kulturę na stole do wytrząsania z prędkością 120 obrotów na minutę przez tydzień. Pod koniec inkubacji przenieść całą objętość kultury glonów do 500 mililitrów płynnej kultury w kolbie o pojemności jednego litra i zamknąć kolbę gumowym korkiem wyposażonym w rurkę ze stali nierdzewnej w celu zapewnienia napowietrzenia. Przefiltruj powietrze za pomocą filtrów sterylizacyjnych powietrza o wielkości 0,20 mikrona i pozwól kulturze rosnąć przez kolejny tydzień do dwóch tygodni za pomocą spektrofotometru do codziennego monitorowania gęstości komórek.

Pod koniec okresu hodowli dodać 500 mililitrów płynnej kultury glonów do ośmiu litrów niesterylnej pożywki hodowlanej w 10-litrowym gąsiu i wstrzyknąć mieszaninę 5% dwutlenku węgla i 95% powietrza do balonu. Monitoruj płytkę podstawową i kultury płynne pod mikroskopem świetlnym przy powiększeniach 10 i 40x raz w tygodniu, aby zapewnić wzrost interesującego szczepu. Aby zaszczepić glonami odkryty staw z otwartym torem wyścigowym, najpierw dokładnie wyczyść reaktor przez noc 30% wybielaczem.

Wypłucz reaktor następnego ranka, aż cały wybielacz zostanie usunięty i skalibruj wszystkie czujniki zgodnie z odpowiednimi procedurami kalibracji. Napełnij staw bieżni do 80% wodą, aby rozcieńczyć stężoną pożywkę i zaszczepić staw 10-litrowym balonem z kulturą glonów. Doprowadź staw do ostatecznej objętości, a następnie częściowo zacienij staw z bieżnią drewnianymi paletami przez około trzy dni jako strategię adaptacyjną, aby uniknąć zahamowania zdjęć, aby umożliwić mikroalgom zaaklimatyzowanie się w systemie hodowli.

Aby przeprowadzić eksperyment ze wzrostem wsadowym, sprawdź i zapisz wszelkie codzienne zmiany, w tym parowanie wody, działanie silnika koła łopatkowego i czujnika lub cokolwiek innego. Codziennie opróżniaj i sprawdzaj sprężarkę i syfon, aby umożliwić usunięcie nadmiaru wody i zminimalizować korozję spalin. Skonfiguruj rejestrator danych tak, aby skanował każdy pomiar czujnika co 10 sekund i przechowywał średni czujnik oraz dane dotyczące temperatury powietrza i reaktora co 10 minut.

Upewnij się, że poziom wody pozostaje stały w końcowej objętości reaktora, aby uniknąć wpływu na pomiar gęstości optycznej. Po uzupełnieniu wody w reaktorze należy pobrać próbkę biomasy glonów za pomocą butelki o pojemności 250 mililitrów. Zmierz gęstość optyczną w spektrofotometrze.

Sprawdzaj jakość hodowli glonów trzy razy w tygodniu za pomocą mikroskopu świetlnego. Gdy kultura jest bliska osiągnięcia fazy stacjonarnej, zbierz 75% całkowitej objętości hodowli glonów i użyj od dwóch do pięciu litrów zawiesiny hodowli do przeprowadzenia analizy wydajności biomasy w laboratorium, a następnie przetwórz i przekształć resztę glonów w pożądane produkty z glonów. W tym miejscu można zaobserwować porównanie czujnika z pomiarami laboratoryjnymi.

Obie hodowle wykazują podobne trendy, przy czym dane rosną w funkcji czasu. Wartości gęstości optycznej rosną w ciągu dnia, ale maleją w nocy podczas oddychania, co wskazuje na zmianę wydajności biomasy, dlatego integracja czujnika gęstości optycznej w czasie rzeczywistym umożliwia podejmowanie skutecznych decyzji zarządczych dotyczących całego systemu produkcji glonów. W tej analizie spaliny były wtryskiwane od około godziny 8:00 rano.

do godziny 18:00, ale nie został wstrzyknięty między godziną 18:00 a 8:00

Ten cykl dzień/noc odzwierciedla ekspozycję na światło słoneczne w ciągu dnia i brak światła w nocy, a w konsekwencji odpowiednio aktywację fotosyntezy lub fotooddychania. Jak pokazano na tym rysunku, wraz ze wzrostem tempa wzrostu glonów potrzeba więcej spalin, co potwierdza, że system wstrzykiwania impulsów spalin typu on/off skutecznie ułatwia wychwytywanie i utylizację dwutlenku węgla poprzez hodowlę mikroalg. Inne parametry fizykochemiczne można również wykorzystać do ustalenia korelacji między parametrami a wzrostem i produktywnością glonów.

Ważne jest, aby upewnić się, że system pH jest prawidłowo skonfigurowany i że wszystkie czujniki są skalibrowane przed zaszczepieniem stawów z bieżniami mikroalgami. Inne metody, które można wykonać w stawie bieżniowym podczas produkcji biomasy mikroalg, obejmują ekstrakcję lipidów, węglowodanów lub pigmentów, pomiary suchej masy bez popiołu oraz monitorowanie jakości PCR.