לייעל ארובות הגדרות גז לקידום Microalgae צמיחה בphotobioreactors באמצעות הדמיות מחשב
Summary
גז פליטה מתחנות כוח הוא CO 2 מקור זול לצמיחת אצות. בנינו "גז פליטה לאצות טיפוח" אב טיפוס של מערכות ותיארו כיצד בהיקף של עד תהליך טיפוח האצות. אנחנו הדגמנו את השימוש במודל ביו תגובת העברה המוני כדי לדמות ולעצב את הפעולה האופטימלית של גז פליטה לצמיחה של sp כלורלה. בצילום bioreactors אצות.
Abstract
גז פליטה מתחנות כוח יכול לקדם את טיפוח אצות והפחתת פליטות גזי חממת 1. Microalgae ללכוד לא רק את אנרגית שמש בצורה יעילה יותר מאשר צמחים 3, אלא גם לסנתז דלק ביולוגי מתקדם 2-4. באופן כללי, CO 2 באטמוספרה הוא לא מקור מספיק לתמיכה בצמיחת אצות מקסימלי 5. מצד השני, יש להם את הריכוז הגבוה של CO2 בגזי פליטה תעשייתיים השפעות שליליות על פיזיולוגיה של אצות. כתוצאה מכך, שני תנאי הגידול (כגון חומרים מזינים וקל) והשליטה על זרימת גז הפליטה לצילום bioreactors חשובים לפתח "גז פליטה אצות" יעיל במערכת. חוקרים הציעו תצורות שונות photobioreactor 4,6 ואסטרטגיות טיפוח 7,8 עם גז פליטה. כאן, אנו מציגים פרוטוקול שמדגים כיצד להשתמש במודלים לחיזוי צמיחת microalgal בתגובה לארובות הגדרות גז. אנו ביצועיםשני סימולציות ORM ניסיוניות איור ומודל על מנת לקבוע את התנאים נוחים לצמיחת אצות עם גז פליטה. אנו מפתחים מודל מבוסס מונה יחד עם העברה המונית ומשוואות עוצמת אור כדי לדמות את צמיחת microalgal בצילום bioreactor הומוגנית. הסימולציה המודל משווה consumptions גז צמיחה ופליטת אצות תחת הגדרות פליטה גז שונות. המודל ממחיש: 1) כיצד צמיחת אצות מושפעת ממקדמי העברת מסת נפחית שונים של CO 2, 2) איך אנחנו יכולים למצוא את ה-CO 2 ריכוז אופטימלי לצמיחת אצות באמצעות הגישה הדינמית אופטימיזציה (DOA): 3) איך אנחנו יכולים לעצב מלבני ב-off דופק גז פליטה כדי לקדם את הצמיחה ביומסה של אצות ולצמצם את השימוש בגז פליטה. בצד הניסיוני, אנו מציגים פרוטוקול לגידול כלורלה תחת גז הפליטה (שנוצר על ידי שריפת גז טבעי). תוצאות הניסוי איכותיים לאמת את תחזיות מודל שגז pu הפליטה בתדירות הגבוההlses יכול לשפר משמעותי את הגידול אץ.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה, אנו מדגימים את פרוטוקול הניסוי לדרוג את cultivations אצות בphotobioreactors. אנחנו גם בוחנים כמה שיטות לתשומות גז פליטה כדי לקדם את צמיחת אצות. באמצעות העברה המונית ומודל ביו תגובה, אנו מדגימים כי מקדם CO 2 ההעברה ההמונית K La (נקבעה על ידי מצב bioreactor ערבוב ו-CO 2</su…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי תכנית ה-NSF (מחקר חוויות לתואר ראשון) באוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס.
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 |
References
- Granite, E. J., O’Brien, T. Review of novel methods for carbon dioxide separation from flue and fuel gases. Fuel Process. Technol. 86, 1423-1434 (2005).
- Chisti, Y. Biodiesel from microalgae. Biotechnol. Adv. 25, 294-306 (2007).
- Li, Y., Horsman, M., Wu, N., Lan, C. Q., Dubois-Calero, N. Biofuels from microalgae. Biotechnol. Prog. 24, 815-820 (2008).
- Schenk, P., et al. Second generation biofuels: high-efficiency microalgae for biodiesel production. BioEnergy Research. 1, 20-43 (2008).
- Kumar, A., et al. Enhanced CO2 fixation and biofuel production via microalgae: recent developments and future directions. Trends Biotechnol. 28, 371-380 (2010).
- Kumar, K., Dasgupta, C. N., Nayak, B., Lindblad, P., Das, D. Development of suitable photobioreactors for CO2 sequestration addressing global warming using green algae and cyanobacteria. Bioresour. Technol. 102, 4945-4953 (2011).
- Lee, J. -. N., Lee, J. -. S., Shin, C. -. S., Park, S. -. C., Kim, S. -. W. Methods to enhance tolerances of Chlorella KR-1 to toxic compounds in flue gas. Appl. Biochem. Biotechnol. 84-86, 329-342 (2000).
- Zeiler, K. G., Heacox, D. A., Toon, S. T., Kadam, K. L., Brown, L. M. The use of microalgae for assimilation and utilization of carbon dioxide from fossil fuel-fired power plant flue gas. Energy Conversion and Management. 36 (95), 707-712 (1995).
- Martínez, M. E., Camacho, F., Jiménez, J. M., Espínola, J. B. Influence of light intensity on the kinetic and yield parameters of Chlorella pyrenoidosa mixotrophic growth. Process Biochem. 32 (96), 93-98 (1997).
- Van’t Riet, K. Review of measuring methods and results in nonviscous gas-liquid mass transfer in stirred vessels. Ind. Eng. Chem. Process. 18, 357-364 (1979).
- Methekar, R., Ramadesigan, V., Braatz, R. D., Subramanian, V. R. Optimum charging profile for lithium-ion batteries to maximize energy storage and utilization. ECS Trans. 25, 139-146 (2010).
- Kameswaran, S., Biegler, L. T. Simultaneous dynamic optimization strategies: Recent advances and challenges. Comput. Chem. Eng. 30, 1560-1575 .
- He, L., Subramanian, V. R., Tang, Y. J. Experimental analysis and model-based optimization of microalgae growth in photo-bioreactors using flue gas. Biomass Bioenergy. 41, 131-138 (2012).
- Novak, J. T., Brune, D. E. Inorganic carbon limited growth kinetics of some freshwater algae. Water Res. 19 (85), 215-225 (1985).
- Landry, M. R., Haas, L. W., Fagerness, V. L. Dynamics of microbial plankton communities experiments in Kaneohe Bay, Hawaii. Mar. Ecol. 16, 127-133 (1984).
- Silva, H. J., Pirt, S. J. Carbon dioxide inhibition of photosynthetic growth of Chlorella. J. Gen. Microbiol. 130, 2833-2838 (1984).
- Powell, E. E., Mapiour, M. L., Evitts, R. W., Hill, G. A. Growth kinetics of Chlorella vulgaris and its use as a cathodic half cell. Bioresour. Technol. 100, 269-274 (2009).
- Sawyer, C. N., McCarty, P. L., Parkin, G. F. . Chemistry for environmental engineering and science. , 144 (2003).
- Doucha, J., Straka, F., Lívanský, K. Utilization of flue gas for cultivation of microalgae Chlorella sp. in an outdoor open thin-layer photobioreactor. J. Appl. Phycol. 17, 403-412 (2005).
- Thimijan, R. W., Heins, R. D. Photometric, radiometric, and quantum light units of measure: a review of procedures for interconversion. Hortscience. 18, 818-822 (1983).
