Culture de microalgues et quantification de la biomasse dans un photobioréacteur à l'échelle du banc avec des gaz de flue corrosif

Les photobioréacteurs sont utiles pour les expériences contrôlées et la culture de produits microalgues plus purs que ce qui peut être réalisé par des étangs ouverts. La culture de microalgues dans les photobioréacteurs à l’échelle du banc soutient le développement de connaissances fondamentales qui peuvent être utilisées pour l’intensification des procédés. De légères modifications des conditions environnementales peuvent modifier considérablement les expériences microbiologiques et confondre les résultats¹. Un processus stérile avec la température, le pH, et le contrôle de sparging de gaz est avantageux pour étudier des propriétés et des performances microalgal escopiques dans des conditions variées. En outre, le contrôle des concentrations de gaz d’entrée, de la température, de la force de cisaillement provenant du mélange et du pH moyen peut soutenir diverses espèces qui sont autrement difficiles à cultiver. Les photobioréacteurs peuvent être exécutés comme un processus de lot avec l’alimentation et la sparging continues de gaz, ou comme système d’écoulement de chemostat avec l’alimentation continue de gaz et sparging plus les entrées influentes et d’effluent sépulration d’eau usées nutritives. Ici, nous démontrons le processus de lot avec l’alimentation continue de gaz et de sparging.

L’utilisation de photobioréacteurs répond à plusieurs défis de culture et de production microalgues. Le champ est généralement aux prises avec des préoccupations de contamination par d’autres micro-organismes, l’utilisation efficace du substrat (ce qui est particulièrement important dans le cas de l’atténuation du CO₂ ou le traitement des eaux usées)², la lutte contre le pH, la variabilité de l’éclairage, et la productivité de la biomasse³. Les photobioréacteurs permettent aux chercheurs d’étudier un large éventail de phototrophes dans des systèmes de lots étroitement contrôlés, où même les espèces à croissance lente sont protégées contre les prédateurs ou les micro-organismes concurrents⁴. Ces systèmes de lots facilitent également mieux les taux d’utilisation du CO₂ et la productivité de la biomasse parce qu’il s’agit de systèmes fermés qui sont plus susceptibles d’être en équilibre avec les gaz fournis. La technologie des photobioréacteurs offre également un contrôle du pH, dont l’absence a entravé la productivité élevée de la biomasse dans les études antérieures⁵. À l’échelle du banc, le niveau de contrôle offert par les photobioréacteurs est avantageux pour les chercheurs. À de plus grandes échelles industrielles, les photobioréacteurs peuvent être utilisés pour maintenir la pureté des bioproduits commerciaux et améliorer l’efficacité de la production pour les applications nutraceutiques, cosmétiques, alimentaires ou alimentaires⁶.

Les microalgues sont d’un grand intérêt pour la bioséquestration du CO_2, car elles peuvent rapidement fixer le CO₂ sous forme de carbone de biomasse. Cependant, la plupart des sources anthropiques de CO₂ sont contaminées par d’autres gaz ou contaminants corrosifs et toxiques (NO_x, SO_x, CO, Hg), selon la source de carburant du processus de combustion. L’intérêt croissant pour la séquestration durable du CO₂ a incité le développement de technologies de photobioréacteur pour traiter les émissions riches en_CO2,comme celles des centrales au charbon (tableau 1). Malheureusement, il existe un risque inhérent d’exposition humaine et environnementale aux contaminants corrosifs et toxiques au cours des processus de recherche et d’intensification. En tant que tel, la description de l’assemblage et de l’exploitation sécuritaires des bioréacteurs à l’aide de gaz corrosifs est nécessaire et instructive.

Cette méthode est destinée à l’utilisation d’un photobioréacteur à l’échelle du banc de 2 L pour la croissance des microalgues dans des conditions expérimentales soigneusement contrôlées. Le protocole décrit le stockage microalgal, la préparation d’inoculum, et la configuration et la stérilisation de photobioréacteur. Au-delà de l’exploitation de base, ce travail décrit les mesures de la biomasse microalgale et les calculs de productivité de la biomasse, et l’adaptation de l’équipement pour la culture des microalgues avec des gaz corrosifs. Le protocole décrit ci-dessous est approprié pour les chercheurs qui cherchent à exercer un plus grand contrôle expérimental, optimiser les conditions de croissance microalgal, ou la culture axénique d’une gamme de microbes phototrophes. Cette méthode ne décrit pas les matériaux appropriés pour la culture de microbes qui produisent ou consomment des gaz inflammables (p. ex. CH₄, H_2,etc.) ⁷.