Optimiser les réglages des gaz de combustion pour la promotion de la croissance des microalgues en photobioréacteurs via des simulations informatiques
Summary
Les gaz de combustion des centrales est une source de CO 2 pas cher pour la croissance des algues. Nous avons construit "gaz de combustion à des algues de culture" prototype systèmes et décrit comment redimensionner le processus de culture des algues. Nous avons démontré l'utilisation d'un modèle bio-réaction de transfert de masse afin de simuler et de concevoir le fonctionnement optimal du gaz de fumée pour la croissance de la Chlorella sp. en algues photobioréacteurs.
Abstract
Les gaz de combustion des centrales électriques peut promouvoir la culture d'algues et de réduire les émissions de gaz à effet de serre 1. Les microalgues non seulement capter l'énergie solaire plus efficacement que les plantes 3, mais aussi la synthèse de biocarburants avancés 2-4. Généralement, le CO 2 atmosphérique n'est pas une source suffisante pour soutenir la croissance des algues maximale 5. D'autre part, les fortes concentrations de CO 2 dans les gaz d'échappement industriels ont des effets néfastes sur la physiologie des algues. Par conséquent, les deux conditions de culture (tels que les nutriments et la lumière) et le contrôle de l'écoulement des gaz de combustion dans les photobioréacteurs sont importants pour développer un "gaz de combustion pour les algues" système efficace. Les chercheurs ont proposé différentes configurations de photobioréacteur 4,6 et 7,8 stratégies de culture avec du gaz de carneau. Ici, nous présentons un protocole qui montre comment utiliser des modèles pour prédire la croissance des microalgues en réponse à carneau réglages de gaz. Nous PERForm deux illustrations et modèle simulations expérimentales pour déterminer les conditions favorables à la croissance des algues avec du gaz de combustion. Nous développons un modèle basé Monod couplé avec le transfert de masse et les équations d'intensité de lumière pour simuler la croissance des microalgues dans un photo-bioréacteur homogène. La simulation du modèle compare la croissance d'algues et de combustion des consommations de gaz sous différents réglages des gaz de combustion. Le modèle illustre: 1) comment la croissance des algues est influencée par différents volumétriques coefficients de transfert de masse de CO 2; 2) comment nous pouvons trouver optimale concentration de CO 2 pour la croissance des algues par l'approche d'optimisation dynamique (DOA), 3) la façon dont nous pouvons concevoir un rectangulaire marche-arrêt impulsion de gaz de combustion pour favoriser la croissance de la biomasse d'algues et de réduire l'utilisation de gaz de fumée. Sur le plan expérimental, nous présentons un protocole pour la croissance de la Chlorella sous le gaz de carneau (produit par la combustion de gaz naturel). Les résultats expérimentaux valident qualitativement les prédictions du modèle que le gaz à haute fréquence de combustion puGE peuvent améliorer de manière significative la culture des algues.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans cette étude, nous démontrons le protocole expérimental pour étendre les cultures d'algues en photobioréacteurs. Nous examinons également plusieurs méthodes pour les entrées de gaz de combustion pour favoriser la croissance des algues. L'utilisation d'un transfert de masse et le modèle bio-réaction, nous démontrons que le coefficient de transfert de masse de CO 2 K La (déterminé par l'état de mélange bioréacteur et CO 2 vitesse superficielle) influence …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette étude est soutenue par un programme NSF (recherche expériences pour étudiants de premier cycle) à l'Université de Washington à St. Louis.
Materials
| Spectrophotometer | Thermal Scientific, Texas USA | |
| CO2 gas analyzer | LI-COR, Biosciences, Nebraska USA | |
| Mass flow controllers | OMEGA Engineering INC, Connecticut USA | FMA5416 |
| Data acquisition card | Measurement Computing Corporation, Massachusetts USA | USB-1208FS |
| Filters | Aerocolloid LLC, Minnesota USA | |
| MATLAB/Simulink | Mathworks, Massachusetts USA | R2010a |
| Glass bottles | Fisher USA |
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