Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Mikroalg Yetiştiriciliği için Yarı Otomatik Açık Yuvarlanma Yolu Göletleri ile Bir Enerji Santralinden Karbon Yakalama Birleştirme

5.4K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/61498

⸱

14 Ağustos 2020

 ,  ,  , 
1Department of Chemical and Environmental Engineering, University of Arizona, 2Department of Biosystems Engineering, University of Arizona, 3Department of Biomedical Engineering, University of Arizona

Bu makalede

Özet

Açık yuvarlanma yolu havuzlarında mikroalg yetiştirmek için doğal gaz santrali baca gazındaki karbondioksiti kullanmak için bir protokol tanımlanmıştır. Baca gazı enjeksiyonu bir pH sensörü ile kontrol edilir ve mikroalg büyümesi gerçek zamanlı optik yoğunluk ölçümleri ile izlenir.

Özet

Amerika Birleşik Devletleri'nde, toplam karbondioksit (CO2) emisyonlarının% 35'i, doğal gaz elektrik üretimini temsil eden elektrik enerjisi endüstrisinden gelmektedir. Mikroalgler, CO2'yi bitkilerden 10 ila 15 kat daha hızlı biyo-düzeltebilir ve alg biyokütlesini biyoyakıtlar gibi ilgi çekici ürünlere dönüştürebilir. Bu nedenle, bu çalışma, güneybatı Amerika Birleşik Devletleri'nde sıcak yarı kurak bir iklimde bulunan bir doğal gaz santrali ile mikroalg yetiştiriciliğinin potansiyel sinerjilerini gösteren bir protokol sunmaktadır. En son teknolojiler, biyoyakıta daha fazla işlenebilen yeşil alg türü Chlorella sorokiniana aracılığıyla karbon yakalama ve kullanımını geliştirmek için kullanılır. Yarı otomatik bir açık yuvarlanma yolu göletini içeren bir protokol açıklıyoruz ve Tucson, Arizona'daki Tucson Elektrik Santrali'nde test edildiğinde performansının sonuçlarını tartışıyoruz. Baca gazı, pH'ı kontrol etmek için ana karbon kaynağı olarak kullanıldı ve Chlorella sorokiniana yetiştirildi. Algleri büyütmek için optimize edilmiş bir ortam kullanıldı. Zamanın bir fonksiyonu olarak sisteme eklenen CO2 miktarı yakından izlendi. Ek olarak, alg büyüme hızını, biyokütle verimliliğini ve karbon fiksasyonunu etkileyen diğer fizikokimyasal faktörler, optik yoğunluk, çözünmüş oksijen (DO), elektroiletkenlik (EC) ve hava ve havuz sıcaklıkları dahil olmak üzere izlendi. Sonuçlar, 0.385 g / L külsüz kuru ağırlığa kadar bir mikroalg veriminin,% 24'lük bir lipit içeriği ile elde edilebileceğini göstermektedir. CO2 yayıcıları ve alg çiftçileri arasındaki sinerjik fırsatlardan yararlanmak, alg biyoyakıtlarının ve biyoürünlerinin sürdürülebilir üretimini desteklerken karbon yakalamayı artırmak için gereken kaynakları sağlayabilir.

Giriş

Küresel ısınma bugün dünyanın karşı karşıya olduğu en önemli çevre sorunlarından biridir1. Çalışmalar, ana nedenin, insan faaliyetleri nedeniyle atmosferdeki sera gazı (GHG) emisyonlarının, özellikle CO 2'nin,2,3,4,5,6,7 artışını göstermektedir. ABD'de, CO2 emisyonlarının en büyük yoğunluğu, esas olarak enerji sektöründeki fosil yakıt yanmasından, özellikle de elektrik enerjisi üretim tesislerinden 3,7,8,9'dan kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, karbon yakalama ve kullanma (CCU) teknolojileri, sera gazı emisyonlarını azaltmak için ana stratejilerden biri olarak ortaya çıkmıştır 2,7,10. Bunlar, CO2'yi ve suyu fotosentez yoluyla, besinlerin varlığında biyokütleye dönüştürmek için güneş ışığını kullanan biyolojik sistemleri içerir. Hızlı büyüme oranı, yüksek CO 2 fiksasyon kabiliyeti ve yüksek üretim kapasitesi nedeniylemikroalglerin kullanımı önerilmiştir. Ek olarak, mikroalgler geniş biyoenerji potansiyeline sahiptir, çünkü biyokütle fosil yakıtların yerini alabilecek biyoyakıtlar gibi ilgi çekici ürünlere dönüştürülebilir 7,9,10,11,12.

Mikroalgler, açık yuvarlanma yolu havuzları ve kapalı fotobiyoreaktörler 13,14,15,16,17,18,19 dahil olmak üzere çeşitli yetiştirme sistemlerinde veya reaktörlerde büyüyebilir ve biyolojik dönüşüm sağlayabilir. Araştırmacılar, iç veya dış mekan koşulları altında her iki yetiştirme sisteminde biyoprosesin başarısını belirleyen avantajları ve sınırlamaları incelemişlerdir 5,6,16,20,21,22,23,24,25 . Açık yuvarlanma yolu havuzları, baca gazının doğrudan yığından dağıtılabildiği durumlarda karbon yakalama ve kullanım için en yaygın yetiştirme sistemleridir. Bu tür bir yetiştirme sistemi nispeten ucuzdur, ölçeklendirilmesi kolaydır, düşük enerji maliyetlerine sahiptir ve karıştırma için düşük enerji gereksinimlerine sahiptir. Ek olarak, bu sistemler CCU prosesini daha verimli hale getirmek için enerji santrali ile kolayca birlikte yerleştirilebilir. Bununla birlikte, CO2 gaz / sıvı kütle transferindeki sınırlama gibi dikkate alınması gereken bazı dezavantajlar vardır. Sınırlamalar olmasına rağmen, açık yuvarlanma yolu havuzları dış mekan mikroalgal biyoyakıt üretimi için en uygun sistem olarak önerilmiştir 5,9,11,16,20.

Bu makalede, bir doğal gaz santralinin baca gazından karbon yakalamayı birleştiren açık yuvarlanma yolu havuzlarında mikroalg yetiştiriciliği için bir yöntemi detaylandırıyoruz. Yöntem, kültür pH'ına dayalı baca gazı enjeksiyonunu kontrol eden yarı otomatik bir sistemden oluşur; Sistem, optik yoğunluk, çözünmüş oksijen (DO), elektroiletkenlik (EC) ve hava ve havuz sıcaklık sensörlerini kullanarak Chlorella sorokiniana kültür durumunu gerçek zamanlı olarak izler ve kaydeder. Alg biyokütlesi ve baca gazı enjeksiyon verileri, Tucson Elektrik Enerjisi tesisinde her 10 dakikada bir veri kaydedici tarafından toplanır. Yosun suşu bakımı, ölçek büyütme, kalite kontrol ölçümleri ve biyokütle karakterizasyonu (örneğin, optik yoğunluk, g / L ve lipit içeriği arasındaki korelasyon) Arizona Üniversitesi'ndeki bir laboratuvar ortamında gerçekleştirilir. Önceki bir protokol, bilgisayar simülasyonu26 aracılığıyla fotobiyoreaktörlerde mikroalg büyümesini teşvik etmek için baca gazı ayarlarını optimize etmek için bir yöntem özetledi. Burada sunulan protokol, açık yuvarlanma yolu havuzlarını kullanması ve üretilen baca gazının doğrudan kullanılması için bir doğal gaz santralinde yerinde uygulanmak üzere tasarlanması bakımından benzersizdir. Ek olarak, gerçek zamanlı optik yoğunluk ölçümleri protokolün bir parçasıdır. Tarif edildiği gibi sistem, düşük yağış, yıldan yıla yağışlarda önemli değişkenlik, düşük bağıl nem, yüksek buharlaşma oranları, berrak gökyüzü ve yoğun güneş radyasyonu sergileyen sıcak yarı kurak bir iklim (Köppen BSh) için optimize edilmiştir27.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. Büyüme sistemi: açık açık yarış pisti gölet ayarları

  1. Açık yuvarlanma yolu havuzlarını baca gazı kaynağına yakın bir yere kurun (%8-10 CO2 içerir). Gölet reaktörünün bulunduğu yerde su ve elektriğin mevcut olduğundan ve reaktörün günün çoğunda gölgede olmadığından emin olun (Şekil 1).
  2. Yanma sonrası işlem sırasında, baca gazı atmosfere boşaltılmak üzere yığına girmeden birkaç metre önce, 0,95 cm'lik bir yakıt hortumu kullanarak baca gazını yakalayın (Şekil 2).
  3. Baca gazından 20 L'lik bir su tutucu ve yığın ile kompresör arasında bir kondenser (bobin uzunluğu ~ 12 m) kullanarak suyu çıkarın (Şekil 2).
    NOT: Baca gazı tipik olarak yaklaşık% 9\u201213.8 su içerir28. Ek olarak, kondenser ve boru hattı baca gazını soğutur16.
  4. Alg büyümesini izlemek için aşağıdaki sensörleri bir dataloggera bağlayın: (1) iki dalga boyunda (650 ve 750 nm) absorbansı ölçen ve maksimum 1,05 g / L'lik bir alg hücresi konsantrasyonunu tespit edebilen gerçek zamanlı bir optik yoğunluk sensörü29; (2) bir DO sensörü; (3) hava ve gölet termokuplları; (4) bir pH sensörü; ve (5) bir EC sensörü.
    NOT: Ek olarak, pH ve EC sensörleri bir transmittere bağlanır. Veri kaydedici ünitesi yapılandırması Şekil 3'te gösterilmiştir.
  5. Alg büyüme sisteminin tüm bileşenlerinin aşılamadan önce kalibre edildiğinden ve düzgün çalıştığından emin olun.

2. pH kontrol sistemi

  1. Baca gazı enjeksiyonunu, Şekil 2 ve Şekil 3'te (Ek malzeme A) gösterildiği gibi bir kompresör, bir kontrol valfi sistemi ve datalogger programı kullanarak yönetin.
  2. Baca gazını kontrol valfinden yuvarlanma yolu havuzunun dibine bir taş difüzör aracılığıyla yönlendirmek için bir tüp kullanın.
  3. Baca gazını pH'a dayalı büyüme sistemine enjekte edin. pH değeri 8.05'ten büyük olduğunda, sistem baca gazı enjekte ederken, pH 8.00'den düşük olduğunda, sistem baca gazı enjeksiyonunu büyümediği dönemlerde durduracaktır. Akış hızı dakikada standart litre (SLPM) cinsinden ölçülür.
    NOT: Kontrol valfinde, giriş bacası gazı basıncı maksimum 50 psi ile sınırlıdır.

3. Yosun seçimi ve gerinim bakımı (ışık ve sıcaklık)

NOT: Yeşil algler Chlorella sorokiniana DOE 1412, Juergen Polle (Brooklyn Koleji)30,31 tarafından izole edilmiş ve Ulusal İleri Biyoyakıtlar ve Biyoürünler İttifakı (NAABB) tarafından seçilmiştir; seçimi, Huesemann ve ark.32,33 tarafından yapılan önceki gerinim karakterizasyon çalışmalarına dayanmaktadır. Açık hava açık yuvarlanma yolu havuzlarını kullanırken Güneybatı bölgesinde alg taraması, biyokütle verimliliği ve iklim simülasyonlu kültürleme (örneğin, sıcaklık ve ışık) ile ilgili araştırmaları, bu projede kullanılan yöntemi bilgilendirdi.

  1. 12 saat/12 saat açık/karanlık döngüsü kullanarak kültürleri oda sıcaklığında (25 °C) tutun.
  2. Plakalarda ve küçük sıvı kültürlerde (50 mL ila 500 mL) yetiştirilen kültür bakımı için ışık yoğunluğunu 200 μM/m2/s'de tutun.
  3. 400 μM/m2/s'de 50 mL ila 500 mL ve sıvı kültürlerde 600\u2012800 μM/m2/s'de 50 L ila 20 L sıvı kültürlerinde yetiştirilen ölçek büyütme için ışık yoğunluğunu koruyun.

4. Ölçeği büyütme ve kalite kontrol

  1. BG11 kültür ortamını deiyonize su ve makro besinler için aşağıdaki tuzları kullanarak g / L cinsinden hazırlayın: 1.5 NaNO3, 0.04 K 2 HPO 4, 0.075 MgSO 4 * H 2 O, 0.036 CaCl 2 * H 2 O, 0.006 (NH 4) 5Fe (C6H 4 O7)2, 0.006 Na 2 EDTA * 2H 2O, 0.02 Na2CO3; g/L'de aşağıdaki mikro besinleri içeren 1 mL/L eser element çözeltisi ekleyin: 2.86 H 3 BO 3, 1.81 MnCl 2*4H 2 O, 0.22 ZnSO 4*7H 2 O, 0.39 Na 2 MoO 4*2H 2 O, 0.079 CuSO4*5H 2 O, 0.0494 Co(NO 3)2*6H 2O.
    NOT: Plaka aşılama ve/veya uzun süreli depolama için, 7,5 g/L Bacto agar ekleyin; kültür aşılaması için agar ilavesine gerek yoktur. Otoklavdaki kültür ortamını 121 °C'de 21 dakika sterilize edin.
  2. BG11 ortamını agar ile steril laminer akış başlığı veya biyogüvenlik kabini içinde Petri kaplarına dökün. Plakalar sağlam ve serin olduğunda, yeniden askıya alınmış dondurulmuş alg stok kültüründen 500 μL pipet ve Ampisilin (100 μg / mL) ekleyin; alg plakalarını 1 ila 2 hafta boyunca bir çalkalayıcı tablada (120 rpm) inkübe edin.
  3. Bir kültür plakasından tek bir alg kolonisi seçmek için steril bir döngü kullanın ve temiz bir biyogüvenlik kabininde steril büyüme ortamı içeren 50 mL'lik bir tüpte aşılayın. Küçük sıvı kültürünü bir çalkalayıcı tablada (120 rpm) bir hafta boyunca büyütün.
  4. 50 mL alg kültürünü (doğrusal büyüme fazı, OD750nm ≥ 1) 500 mL sıvı ortama sahip 1 L'lik bir şişeye aktarın. Havalandırma sağlamak için her şişeyi kauçuk bir tıpa ve paslanmaz çelik boru ile takın. 0,2 μm hava sterilizasyon filtreleri kullanarak havayı filtreleyin. Kültürün bir ila iki hafta boyunca büyümesine izin verin. Bir spektrofotometre (OD750nm) kullanarak hücre yoğunluğunu izleyin.
  5. 500 mL sıvı kültürü, 8 L steril olmayan kültür ortamı içeren 10 L'lik bir damacana yerleştirin ve% 5 CO 2 ve%95'lik bir hava karışımı enjekte edin. Daha sonra, adım 4.4'te olduğu gibi aynı koşullar altında algleri yetiştirin.
  6. Stok plakasını ve sıvı kültürleri (4.2\u20124.5 adımlarında) haftada bir kez izleyin. Bir aliquot alın ve istenen suşun büyümesini sağlamak için mikroskop altında 10x ve 40x büyütmede gözlemleyin. Kültürleri tehlikeye atılana veya deneyler için kullanılana kadar korudu. Kirlenmiş kültürleri atın.

5. Açık havuz yetiştiriciliği için konsantre orta hazırlık

  1. İz element çözeltisi hazırlamak için 1 L'lik hacimsel bir şişeyi damıtılmış suyla (DW) kısmen doldurun. Manyetik bir karıştırma çubuğu yerleştirin ve Tablo 1'de gösterilen kimyasalları sırayla ekleyin. Her bileşenin bir sonraki bileşenin eklenmesinden önce çözündüğünden emin olun. Mıknatısı çıkarın ve şişeyi 1 L hacim işaretine doldurun.
  2. 1 L'lik bir cam şişeyi DW ile kısmen doldurun ve manyetik karıştırma çubuğunu takın. Kabı manyetik bir karıştırıcı plakanın üstüne yerleştirin ve reaktörün son hacmi için kimyasalları ekleyin, sırayla ekleyerek her birinin tamamen çözünmesini sağlayın. Tablo 2 , 1 L ortam hazırlamak için kimyasalları listeler, bu nedenle tüm değerleri reaktörün son hacmi ile çarpın. Cam şişeyi 1 L'ye kadar doldurun.

6. Açık açık yuvarlanma yolu gölet aşılama

  1. Her aşılamadan önce ve hasattan sonra% 30 ağartıcı kullanarak reaktörü iyice temizleyin. Ağartıcının gece boyunca bırakılması önerilir. Tüm ağartıcıyı çıkarmak için reaktörü iyice durulayın.
  2. Yosun aşılamadan önce tüm sensörleri ilgili kalibrasyon prosedürlerine göre kalibre edin.
  3. Yuvarlanma yolu havuzunu %80'e kadar doldurarak su kaynağını kullanarak konsantre ortamı (adım 5'te) seyreltin.
  4. Reaktörü alglerle dolu 10 L'lik bir damacana (doğrusal büyüme fazı OD750nm > 2) kullanarak aşılayın ve son hacmine getirin.
  5. Yuvarlanma yolu göletini ~ 3 gün boyunca ahşap paletlerle kısmen gölgelendirerek mikroalgleri iklimlendirin (Şekil 4), üstel faz geçtikten sonra, fotoinhibisyonu önlemek için bir adaptasyon stratejisi olarak.
    NOT: Bu süre aynı zamanda mikroalglerin baca gazının doğrudan enjeksiyonunun neden olduğu strese uyum sağlaması için zaman sağlayacaktır.

7. Üretim istasyonunda toplu büyüme deneyi

  1. Su buharlaşması, kürek çarkı motoru, sensör işlevselliği ve sıra dışı herhangi bir şey dahil olmak üzere günlük değişimleri kontrol edin ve kaydedin.
  2. Baca gazı yüksek derecede aşındırıcı olduğundan korozyonu en aza indirmek amacıyla fazla suyu gidermek için kompresörü ve su tutucuyu her gün boşaltın ve kontrol edin34.
  3. Veri kaydediciyi, her sensör ölçümünü her 10 saniyede bir tarayacak ve ortalama verileri her 10 dakikada bir depolayacak şekilde yapılandırın. Bunlar arasında DO, pH, EC, gerçek zamanlı optik yoğunluğun yanı sıra hava ve reaktör sıcaklığı bulunur.

8. Ayrık örnekleme ve izleme

  1. Su seviyesinin reaktörün son hacminde sabit kaldığından emin olun, aksi takdirde optik yoğunluk ölçümü etkilenecektir.
  2. Reaktördeki suyu doldurduktan sonra, ultraviyole görünür spektrofotometre kullanarak optik yoğunluğa (540, 680 ve 750 nm) göre hücre kütlesi ölçümleri için 5 mL'lik bir numune alın. İşlemi günlük olarak tekrarlayın.
  3. Mikroskop gözlemleri ve külsüz kuru ağırlığa (AFDW) dayalı biyokütle konsantrasyonu için haftada üç kez 500 mL'lik bir numune alın.
    1. 10x ve 40x objektif lenslerle mikroskop gözlemleri yapın. Ek olarak, bu mikroskop büyütmeleri, adım 4.6'da açıklanan alg kalite kontrolünün bir parçası olarak kullanılır.
    2. AFDW için adım 8.3'te numunenin 400 mL'sini kullanın
      1. Her 0,7 μm gözenek boyutundaki cam mikrofiber filtreyi bir alüminyum folyo tepsisine yerleştirin ve her alüminyum folyo tepsisini / filtresini 540 ° C'de 4 saat boyunca bir fırın kullanarak ön işlemden geçirin.
      2. Her alüminyum folyo tepsisini #2 kalem kullanarak etiketleyin, ağırlığını (A) kaydedin ve vakum filtresi aparatına yerleştirin.
      3. Filtrelenecek bir hacmi ölçmeden önce alg numunesini kuvvetlice karıştırın. 8 ila 16 mg arasında bir kül öncesi / sonrası ağırlık farkı vermek için yeterli alg örneğini filtreleyin. Deney boyunca kullanmak üzere bir ağırlık farkı seçin ve bu değeri sabit tutun.
      4. Yosun örneğini içeren her filtreyi folyo tepsisine 105 °C'de fırında en az 12 saat boyunca yerleştirin.
      5. Folyo tepsisini/filtreyi kurutma fırınından çıkarın ve su alımını önlemek için bir cam kurutucuya yerleştirin. Her folyo tepsisini/filtre ağırlığını (B) kaydedin.
      6. Folyo tepsisini/filtreyi 540 °C kalıp fırınına 4 saat boyunca yerleştirin.
      7. Kalıp fırınını kapatın, folyo tepsilerini/filtreleri soğutun, kurutucuya yerleştirin ve her folyo tepsisini/filtre ağırlığını (C) kaydedin.
      8. Gravimetrik analizi kullanarak AFDW'yi hesaplayın:
        % AFDW= C – A x 100 / B
  4. Solventler kullanarak mikrodalga destekli ekstraksiyon (MAE) lipit ekstraksiyon analizi için hasattan önce 2 L alg tutun.
    1. Alg numunesini 15 dakika boyunca 4.400 x g'lık bir nispi santrifüj kuvvetinde (RFC) santrifüj yapın. Yosun peletini alın ve en az 24 saat boyunca 80 ° C'de bir fırın kullanarak kurutun.
    2. Yosun numunesini öğütün ve alg tozunu tartın (önerilen biyokütle 0,3 g ila 0,5 g arasında değişir).
    3. Yosun tozunu (kuru alg biyokütlesi) mikrodalga hızlandırılmış reaksiyon sistemi (MARS) Xpress kaplarına ekleyin, kaputun altına 10 mL kloroform: metanol (2: 1, v / v) çözücü çözeltisi ekleyin, damarları kapatın ve gece boyunca bekletin.
    4. Solvent sensörünü kullanarak 70 °C ve 800 W güçte 60 dakika boyunca kapları MARS makinesine yerleştirin.
    5. Gemileri MARS'tan çıkarın ve kaputun altında soğumalarını sağlayın.
    6. Her sıvı numuneyi önceden tartılmış bir cam test tüpüne aktararak kloroform, metanol ve lipitler içeren sıvı kısmı ayırmak için bir huni ve cam yünü kullanın ve katıları (biyokütleyi lipitlerden arındırın) diğer analizler için saklayın.
    7. Lipitleri içeren test tüplerini azot evaporatörüne götürün, sıvı buharlaştırıldıktan sonra çıkarın ve ardından tam kuruluk sağlamak için tüpleri gece boyunca kaputun altında bırakın.
    8. Gravimetrik analiz kullanarak lipit içeriğini (ağırlıkça% %) hesaplayın:
      Lipid içeriği (ağırlıkça %) = Lipitlerin kuru biyokütlesi x 100/ Kuru Alg kütlesi

9. Alg hasadı ve ürün rotasyonu

  1. Kültür durağan faza ulaşmaya yakın olduğunda toplam alg kültürü hacminin% 75'ini hasat edin. Laboratuvarda biyokütle verimliliği analizleri yapmak için 2\u20125 L kültür alın. Alglerin geri kalanını işleyin ve istenen alg ürünlerine dönüştürün.
  2. İnokulum olarak kalan %25 algi kullanarak açık yuvarlanma yolu göletini yeniden büyütün. Toplam reaktörün hacminin% 80'ine kadar su ekleyin, konsantre ortamı ekleyin ve ardından gerekirse reaktörün son hacmine kadar doldurmayı bitirin.
  3. Sıcaklık ve ışık yoğunluğu koşullarına bağlı olarak mevsime göre uygun alg suşunu yetiştirin.

10. Veri yönetimi

  1. Verileri dataloggera kaydedin ve adım 7.3'te olduğu gibi analiz için toplayın.
  2. Ham ve analiz edilmiş verileri Bölgesel Alg Hammadde Test Yatağı (RAFT) hisse senedi sürücüsüne kaydetmeyi düşünün. RAFT proje ortakları, alg verimliliğini simüle etmek ve modellemek ve dış mekan ekimini doğrulamak için verilerine katkıda bulunur.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Laboratuvarımızdan elde edilen önceki deneysel sonuçlar, yarı otomatik bir açık yuvarlanma yolu havuzu kullanılarak mikroalg yetiştiriciliğinin karbon yakalama işlemleriyle birleştirilebileceğini göstermektedir. Bu iki süreç arasındaki sinerjiyi daha iyi anlamak için (Şekil 2), bir protokol geliştirdik ve yeşil alg türleri Chlorella sorokiniana'yı sıcak yarı kurak bir iklimde dış mekan koşullarında yetiştirmek için uyarladık. Doğal gaz baca gazı, endüstriyel bir enerji üretim istasy...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Bu çalışmada, baca gazı karbon yakalama ve mikroalg yetiştiriciliğinin sinerjik olarak bağlanmasının sıcak yarı kurak bir iklimde mümkün olduğunu gösterdik. Yarı otomatik yuvarlanma yolu gölet sistemi için deneysel protokol, baca gazını karbon kaynağı olarak kullanırken alg büyümesiyle ilişkili ilgili parametreleri gerçek zamanlı olarak izlemek için en son teknolojiyi entegre eder. Önerilen protokol, yuvarlanma yolu havuzlarının ana dezavantajlarından biri olan alg yetiştiriciliğindeki belirsizliği azaltmayı amaçlamaktad...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.

Teşekkürler

Bu çalışma, ABD Enerji Bakanlığı DE-EE0006269 Bölgesel Alg Hammadde Test Yatağı projesi ile desteklenmiştir. Ayrıca Esteban Jimenez, Jessica Peebles, Francisco Acedo, Jose Cisneros, RAFT Ekibi, Mark Mansfield, UA enerji santrali personeli ve TEP enerji santrali personeline tüm yardımları için teşekkür ederiz.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Ayarlanabilir hız motoru (çark sistemi)Leeson174307Lesson 174307.00, tip: SCR Voltajı; Amper: 10
Alüminyum ağırlık tekneleriFisher Scientific08-732-102Fisherbrand Alüminyum Tartı Tabakları
Amonyum Demir (III) (NH?)? [Fe(C?H? O?)?]Fisher Scientific1185 - 57 - 5Orta hazırlık. Amonyum demir (III) sitrat
Amonyum FosfatSigma-Aldrich7722-76-1Bu kimyasal, optimize edilmiş ortam
için kullanılır Ampisilin sodyum tuzuSigma AldrichA9518-5GBu kimyasal, yosun kontaminasyonunu önlemek için kullanılır
OtoklavAmerex Instrument IncHirayama HA300MII
Bacto agarFisher ScientificBP1423500Fisher BioReagents Granül Agar
Çamaşır SuyuCloroxAntiseptik Ağartıcı, konsantre clorox
Borik Asit (H3BO3)Fisher Scientific10043-35-3İz Elementler: Borik asit
Kalsiyum klorür dihidrat (CaCl2 * 2H2O)Sigma-Aldrich10035-04-8Orta hazırlık. Kalsiyum klorür dihidrat
Carboys (20 L)Nalgene - Thermo Fisher Scientific2250-0050PKPolipropilen Damacana w / Kolları
SantrifüjBeckman Coulter, IncJ2-21
KloroformSigma-Aldrich67-66-3Bu kimyasal lipid ekstraksiyonu için kullanılır
Citraplex %20 DemirLoveland ÜrünleriSDS No. 1000595582 -17-LPIhttps://www.fbn.com/direct/product/Citraplex-20-Iron#product_info
Kobalt (II) nitrat hekzahidrat (Co(NO3)2*6H2O)Sigma-Aldrich10026-22-9İz Elementler: Kobalt (II) nitrat hekzahidrat
KompresörMakitaMAC700Bu ekipman enjeksiyon CO2 sistemi için kullanılır
Kontrol VanasıSierra InstrumentsSmartTrak 100Bu öğenin uygulamanız için özelleştirilmesi gerekiyor. Bizim durumumuzda,% 5 CO2 ve% 95 hava karışımı kullanılmıştır.
Bakır (II) Sülfat Pentahidrat (CuSO4*5H2O)Sigma-Aldrich7758-99-8Eser Elementler: Bakır (II) Sülfat Pentahidrat
Veri Kaydedici: Campbell ünitesi CR3000Scientific CampbellCR3000Bu ekipman, tüm sistemi kontrol etmek, çalıştırmak ve verileri kaydetmek için kullanılır
Çözünmüş Oksijen ÇözeltisiCampbell Scientific14055Çözünmüş oksijen elektrolit çözeltisi DO6002 - Lot No.
Çözünmüş Oksijen probuSensorex211085?DO6400/T Dijital Haberleşmeli Çözünmüş Oksijen Sensörü
Elektroiletkenlik kalibrasyon çözeltisiRicca Chemical Company2245 - 32 ( R2245000-1A )İletkenlik Standardı, 25 ° C'de 5000 uS / cm (NaCl olarak 2620 ppm TDS)
Elektroiletkenlik prob sensörüHanna InstrumentsHI3003/DAkışlı İletkenlik Probu - NTC Sensörü, DIN Konnektörü, 3m Kablo
Etilendiamintetraasetik asit disodyum tuzu dihidrat (Na2EDTA*2H2O)Sigma-Aldrich6381-92-6Orta Hazırlık: Etilendiamintetraasetik asit disodyum tuzu dihidrat
FiltreleriFisher Scientific09-874-48Whatman Bağlayıcısız Cam Mikrofiber Filtreler
ŞişelerFisher scientific09-552-40Pyrex Fernbach Şişeleri
FırınHogentoglerModel: F6020C-80Termo Sicentific Termolyne F6020C - 80 Kül Fırını
Cam kurutucuVWR International LLC75871-430Tip 150, 140 mm çap
Cam huniFisher ScientificFB6005865Fisherbrand Yeniden Kullanılabilir Cam Uzun Saplı Huniler
Laminer akış başlığıFisher Hamilton SafeairFisher Hamilton Paslanmaz Safeair hume davlumbaz
Magnezyum sülfat heptahidrat (MgSO4*7H2O)Fisher Scientific10034 - 99 - 8Orta Hazırlık: Magnezyum sülfat heptahidrat
MetanolSigma-Aldrich67-56-1Lipid ekstraksiyon çözücüsü
Mikro kabarcık DifüzörPentair Aquatic Eco-Systems1PMBD075Bu ekipman enjeksiyon CO2 sistemi için kullanılır
Mikroalgler: Chlorella SorokinianaNAABBDOE 1412
MikrooskopCarl Zeiss 4291097
Mikrodalga asistanı ekstraksiyonMARS, CEM ŞirketiCEM Mars 5 Xtraction 230/60 Mikrodalga Hızlandırılmış Reaksiyon Sistemi. Model: 907601
MnCl2*4H2OSigma-Aldrich13446-34-9Manganez(II) klorür tetrahidrat
HarçlarıFisher ScientificFB961BFisherbrand porselen harçları
Azot evaporatörOrganomasyonuN-EVAP 112 Azot Evaporatpr (OA-SYS Isıtma Sistemi)
FırınVWR International LLC89511-410Cebri Hava Fırını
Kürek Tekerleği8 kanatlı yatay eksenli pervane. Bu genellikle çarklı reaktörün bir parçası olarak gelir.
Çarklı motorLeesonM1135042.00Leeson, Model: CM34025Nz10C; 1/4 HP; Volt 90; FR 34; 62 dev/dak
HavaneliFisher ScientificFB961MFisherbrand domuz havaneli havaneli
pH ve EC VericiHanna AletleriHI98143Hanna Aletleri HI98143-04 pH ve EC Verici, Galvanik izoleli 0-4V.
pH kalibrasyon çözeltileriFisher Scientific13-643-003Thermo Scientific Orion pH Tampon Şişeleri
pH probu sensörüHanna AletleriHI1006-2005Hanna Aletleri HI1006-2005 Teflon pH Elektrodu, eşleşen pim 5m.
Pippete uçlarıFisher Scientific1111-28211000 ul TipOne raflarda dereceli mavi uç
PippetterFisher Scientific13-690-032Eppendorf Reserch plus Değişken Ayarlanabilir Hacimli Pipetler: Tek kanallı
Plastik küvetlerFisher scientific14377017BrandTech MARKA Plastik
Küvet TabaklarıFisher scientific08-757-100DCorning Falcon Kapaklı Potaslı
KaplarıBu kimyasal, optimize edilmiş ortam hazırlığı için kullanılır. Yerel bir gübre şirketinden satın alındı
Potasyum fosfat dibazik (K2HPO4)Sigma-Aldrich7758 -11 - 4Orta Hazırlık: Potasyum fosfat dibazik
Pyrex yeniden kullanılabilir Medya Depolama ŞişeleriFisher scientific06-414-2A1 L ve 2 L şişeler - PYREX GL45 Tapa Contalı Vidalı Kapaklar
Yuvarlanma Yolu HavuzuBenzer ekipman şu adresten satın alınabilir: https://microbioengineering.com/products
Gerçek Zamanlı Optik Yoğunluk SensörüArizonaBu ekipman
RS232 KablosuSabrentSabrent USB 2.0 - Seri (9 Pinli) DB-9 RS-232 Dönüştürücü Kablosu, Üretken Yonga Seti, Hexnuts, [Windows 10 / 8.1 / 8/7 / VISTA / XP, Mac OS X 10.6 ve Üstü] 2,5 Feet (CB-DB9P)
Çalkalayıcı MasasıYosun çalkalama 150 rpm
Sodyum Karbonat (Na2CO3)Sigma-Aldrich497-19-8Sodyum karbonat
Sodyum molibdat dihidrat (Na2MoO4 * 2H2O)Sigma-Aldrich10102-40-6Orta Hazırlık: Sodyum molibdat dihidrat
Sodyum nitrat (NaNO3)Sigma-Aldrich7631-99-4Orta Hazırlık: Sodyum nitrat
SpektofotometreFisher Scientific Şirket14-385-400Thermo Fisher Scientific - 10S UV-VIS GENESTYS Spektrofotometre silindirik Longpath hücre tutucu; dahili referans dedektörü, Xenon flaş lambası; çift silikon fotodiyot; 240V, 50 ila 60Hz otomatik olarak seçilir.
Test tüpleriFisher Scientific14-961-27Fisherbrand Düz Uçlu Tek Kullanımlık Borosilikat Cam Tüpler (10 ml)
Termokupllar tip KOmegaKMQXL-125G-6
ÜreSigma-Aldrich2067-80-3
Üre Vakum filtrasyon sistemiFisher ScientificXX1514700MilliporeSigma Cam Vakum Filtre Tutucu, 47 mm. Sistem şunları içerir: Buzlu cam şişe eki, kaba frit cam filtre desteği ve şişe
Vakum pompasıGraingerMarathon Elektrikli AC Motor Termal korumalı G588DX - MOD 5KH36KNA510X. HP 1/4. RPM 1725/1425
Çinko sülfat heptahidrat (ZnSO4*7H2O)Sigma-Aldrich7446-20-0Çinko sülfat heptahidrat
, , , Bakteriyolojik Petri Üniversitesi ,

Kaynaklar

  1. The Intergovernmental Panel on Climate Change. , Available from: https://www.ipcc.ch/ (2018).
  2. Songolzadeh, M., Soleimani, M., Ravanchi, M., Songolzadeh, R. Carbon Dioxide Separation from Flue Gases: A Technological, Review Emphasizing Reduction in Greenhouse Gas Emissions. The Scientific World Journal. 2014, 1-34 (2014).
  3. Litynski, J., Klara, S., McIlvried, H., Srivastava, R. The United States Department of Energy's Regional Carbon Sequestration Partnerships program: A collaborative approach to carbon management. Environ International. 32 (1), 128-144 (2006).
  4. Cuellar-Bermudez, S., Garcia-Perez, J., Rittmann, B., Parra-Saldivar, R. Photosynthetic Bioenergy Utilizing CO2: an Approach on Flue Gases Utilization for Third Generation Biofuels. Journal of Clean Production. 98, 53-65 (2014).
  5. Cheah, W., Show, P., Chang, J., Ling, T., Juan, J. Biosequestration of Atmospheric CO2 and Flue Gas-Containing CO2 by Microalgae. Bioresource Technology. 184, 190-201 (2014).
  6. Kao, C., et al. Utilization of Carbon Dioxide in Industrial Flue Gases for the Cultivation of Microalga Chlorella sp. Bioresource Technology. 166, 485-493 (2014).
  7. White, C., Strazisar, B., Granite, E., Hoffman, S., Pennline, H. Separation and Capture of CO2 from Large Stationary Sources and Sequestration in Geological Formations. Journal of the Air and Waste Management Association. 53 (10), 1172-1182 (2003).
  8. Benemann, J. CO2 Mitigation with Microalgae Systems. Pergamon Energy Conversion Management Journal. 38, 475-479 (1997).
  9. U.S.Department of Energy. The Capture , Utilization and Disposal of Carbon Dioxide from Fossil Fuel-Fired Power Plants. Energy. 2, (1993).
  10. Granite, E., O'Brien, T. Review of Novel Methods for Carbon Dioxide Separation from Flue and Fuel Gases. Fuel Processesing Technology. 86 (14-15), 1423-1434 (2005).
  11. Benemann, J. Utilization of Carbon Dioxide from Fossil Fuel-Burning Power Plants with Biological Systems. Energy Conversion and Management. 34 (9-11), 999-1004 (1993).
  12. Joshi, C., Nookaraju, A. New Avenues of Bioenergy Production from Plants: Green Alternatives to Petroleum. Journal of Petroleum & Environmental Biotechnology. 03 (07), 3(2012).
  13. Chisti, Y. Constraints to commercialization of algal fuels. Journal of Biotechnology. 22, 166-186 (2013).
  14. Han, S., Jin, W., Tu, R., Wu, W. Biofuel production from microalgae as feedstock: current status and potential. Critical Reviews in Biotechnology. 35 (2), 255-268 (2015).
  15. Lam, M., Lee, K. Potential of using organic fertilizer to cultivate Chlorella vulgaris for biodiesel production. Applied Energy. 94, 303-308 (2012).
  16. de Godos, I., et al. Evaluation of carbon dioxide mass transfer in raceway reactors for microalgae culture using flue gases. Bioresource Technology. 153, 307-314 (2014).
  17. Posten, C., Schaub, G. Microalgae and terrestrial biomass as source for fuels a process view. Journal of Biotechnology. 142 (1), 64-69 (2009).
  18. Demirbas, M. Biofuels from algae for sustainable development. Applied Energy. 88 (10), 3473-3480 (2011).
  19. Shelef, G., Sukenik, A., Green, M. Microalgae Harvesting and Processing A Literature Review. , (1984).
  20. Pawlowski, A., Mendoza, J., Guzmán, J., Berenguel, J., Acién, F., Dormido, S. Effective utilization of flue gases in raceway reactor with event-based pH control for microalgae culture. Bioresource Technology. 170, 1-9 (2014).
  21. Zhu, B., Sun, F., Yang, M., Lu, L., Yang, G., Pan, K. Large-scale biodiesel production using flue gas from coal-fired power plants with Nannochloropsis microalgal biomass in open raceway ponds. Bioresource Technology. 174, 53-59 (2014).
  22. Kaštánek, F., et al. In-field experimental verification of cultivation of microalgae Chlorella sp. using the flue gas from a cogeneration unit as a source of carbon dioxide. Waste Management & Research. 28 (11), 961-966 (2010).
  23. Yadav, G., Karemore, A., Dash, S., Sen, R. Performance evaluation of a green process for microalgal CO2 sequestration in closed photobioreactor using flue gas generated in-situ. Bioresource Technology. 191, 399-406 (2015).
  24. Zhao, B., Su, Y., Zhang, Y., Cui, G. Carbon dioxide fixation and biomass production from combustion flue gas using energy microalgae. Energy. 89, 347-357 (2015).
  25. He, L., Chen, A., Yu, Y., Kucera, L., Tang, Y. Optimize Flue Gas Settings to Promote Microalgae Growth in Photobioreactors via Computer Simulations. Journal of Visualized Experiments. (80), e50718(2013).
  26. He, L., Subramanian, V., Tang, Y. Experimental analysis and model-based optimization of microalgae growth in photo-bioreactors using flue gas. Biomass and Bioenergy. 41, 131-138 (2012).
  27. Pidwirny, M. Fundamentals of Physical Geography, 2nd ed. , (2006).
  28. Van Den Hende, S., Vervaeren, H., Boon, N. Flue gas compounds and microalgae: (Bio-) chemical interactions leading to biotechnological opportunities. Biotechnology Advances. 30 (2012), 1405-1424 (2012).
  29. Jia, F., Kacira, M., Ogden, K. Multi-wavelength based optical density sensor for autonomous monitoring of microalgae. Sensors (Switzerland). 15 (9), 22234-22248 (2015).
  30. Unkefer, C., et al. Review of the algal biology program within the National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts. Algal Research. 22, 187-215 (2017).
  31. Neofotis, P., et al. Characterization and classification of highly productive microalgae strains discovered for biofuel and bioproduct generation. Algal Research. 15, 164-178 (2016).
  32. Huesemann, M., Van Wagenen, J., Miller, T., Chavis, A., Hobbs, S., Crowe, B. A screening model to predict microalgae biomass growth in photobioreactors and raceway ponds. Biotechnology Bioengineering. 110 (6), 1583-1594 (2013).
  33. Huesemann, M., et al. Estimating the Maximum Achievable Productivity in Outdoor Ponds: Microalgae Biomass Growth Modeling and Climate Simulated Culturing. Microalgal Production for Biomass and High-Value Products. 28 (2016), 113-137 (2016).
  34. Ramezan, M., Skone, T., Nsakala, N., Lilijedahl, G. Carbon Dioxide Capture from Existing Coal-Fired Power Plants. , 268(2007).
  35. Huesemann, M., et al. A validated model to predict microalgae growth in outdoor pond cultures subjected to fluctuating light intensities and water temperatures. Algal Research. 13, 195-206 (2016).
  36. Mendoza, J., et al. Fluid-dynamic characterization of real-scale raceway reactors for microalgae production. Biomass and Bioenergy. 54, 267-275 (2013).
  37. Algae Cultivation for Carbon Capture and Utilization Workshop. Algae Cultivation for Carbon Capture and Utilization Workshop. , (2017).
  38. Park, J., Craggs, R., Shilton, A. Wastewater treatment high rate algal ponds for biofuel production. Bioresource Technology. 102 (1), 35-42 (2011).
  39. Mata, T., Martins, A., Caetano, N. Microalgae for biodiesel production and other applications: A review. Renewewable and Sustainable Energy Reviews. 14 (1), 217-232 (2010).
  40. Qiu, R., Gao, S., Lopez, P., Ogden, K. Effects of pH on cell growth, lipid production and CO2 addition of microalgae Chlorella sorokiniana. Algal Research. 28, 192-199 (2017).
  41. Molina Grima, E., Fernández, F., Garcıa Camacho, F., Chisti, Y. Photobioreactors: light regime, mass transfer, and scaleup. Journal of Biotechnology. 70 (1-3), 231-247 (1999).
  42. Padmanabhan, Y. P. Technical insight on the requirements for CO2-saturated growth of microalgae in photobioreactors. 3 Biotech. 7 (2), 1-7 (2017).
  43. Vonshak, A., Torzillo, G. Environmental Stress Physiology. Handbook of Microalgal Culture. 4 (2007), Chapter 4 57-82 (2007).
  44. Morales, M., Sánchez, L., Revah, S. The impact of environmental factors on carbon dioxide fixation by microalgae. Federation of European Microbiological Society Microbiology Letters. 365 (3), 1-11 (2018).
  45. Cuaresma, M., Janssen, M., Vílchez, C., Wijffels, R. Horizontal or vertical photobioreactors? How to improve microalgae photosynthetic efficiency. Bioresource Technology. 102 (8), 5129-5137 (2011).
  46. Richmond, A., Zou, N. Efficient utilisation of high photon irradiance for mass production of photoautotrophic micro-organisms. Journal of Applied Phycology. 11 (1), 123-127 (1999).
  47. Kurpan, D., Silva, A., Araújo, O., Chaloub, R. Impact of temperature and light intensity on triacylglycerol accumulation in marine microalgae. Biomass and Bioenergy. 72, 280-287 (2015).
  48. Maedal, K., Owadai, M., Kimura, N., Karubd, I. CO2 fixation from the flue gas on coal-fired thermal power plant by microalgae To screen microalgac which arc suitable for direct CO2 fixation , microalgae were sampled from. Energy Conversion Managment. 36 (6-9), 717-720 (1995).
  49. Sakai, N., Sakamoto, Y., Kishimoto, N., Chihara, M., Karube, I. Strain from Hot Springs Tolerant to High Temperature and high CO2. Energy Conversion Managment. 36 (6-9), 693-696 (1995).
  50. Lam, M., Lee, K., Mohamed, A. Current status and challenges on microalgae-based carbon capture. International Journal of Greenhouse Gas Control. 10, 456-469 (2012).
  51. Raeesossadati, M., Ahmadzadeh, H., McHenry, M., Moheimani, N. CO2 Bioremediation by Microalgae in Photobioreactors: Impacts of Biomass and CO2 Concentrations, Light, and Temperature. Algal Research. 6, 78-85 (2014).
  52. Mendoza, J., et al. Oxygen transfer and evolution in microalgal culture in open raceways. Bioresource Technology. 137, 188-195 (2013).
  53. Carvalho, A., Malcata, F., Meireles, A. Microalgal Reactors A Review of Enclosed System Designs and Performances. Biotechnology Progress. 22 (6), 1490-1506 (2006).
  54. Pires, J., Alvim-Ferraz, M., Martins, F., Simões, M. Carbon dioxide capture from flue gases using microalgae: Engineering aspects and biorefinery concept. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 16 (5), 3043-3053 (2012).
  55. Lam, M., Lee, K. Microalgae biofuels: A critical review of issues, problems and the way forward. Biotechnology Advances. 30 (3), 673-690 (2012).
  56. Chisti, Y. Biodiesel from microalgae beats bioethanol. Trends in Biotechnology. 26 (3), 126-131 (2008).
  57. K̈oppen, W., Volken, E., Brönnimann, S. The Thermal Zones of the Earth According to the duration of Hot, Moderate and Cold Periods and to the Impact of Heat on the Organic. Meteorologische Zeitschrift. 20 (3), 351-360 (2011).
  58. Lammers, P., et al. Review of the Cultivation Program within the National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts. Algal Research. 22, 166-186 (2017).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Baca GazA k Kanal HavuzuChlorella sorokinianapH Kontrol SistemiOptik Yo unluk Sens rBiyok tle Verimlili iKarbon SabitlemeBiyoyak t retimi
Mikroalg Yetiştiriciliği için Yarı Otomatik Açık Yuvarlanma Yolu Göletleri ile Bir Enerji Santralinden Karbon Yakalama Birleştirme
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.