Otimizar Configurações de gases de combustão para promover o crescimento de microalgas em fotobiorreatores via simulações de computador
Summary
De gases de combustão das usinas é um barato CO 2 fonte para o crescimento de algas. Nós construímos "gás de combustão para cultivo de algas" protótipo sistemas e descreveu como para ampliar o processo de cultivo de algas. Demonstrámos a utilização de um modelo bio-reacção de transferência de massa para simular e conceber o funcionamento óptimo do gás de combustão para o crescimento de Chlorella sp. em algas foto-biorreatores.
Abstract
De gases de combustão das usinas pode promover o cultivo de algas e reduzir as emissões de gases de efeito de estufa 1. As microalgas não só captar a energia solar de forma mais eficiente do que as plantas 3, mas também sintetizam biocombustíveis avançados 2-4. Geralmente, CO 2 atmosférico não é uma fonte suficiente para suportar o crescimento de algas máxima 5. Por outro lado, as elevadas concentrações de CO 2 nos gases de escape industriais têm efeitos adversos sobre a fisiologia das algas. Consequentemente, ambas as condições de cultura (tais como nutrientes e luz) e o controlo do fluxo dos gases de combustão para os foto-biorreatores são importantes para o desenvolvimento de um "gás de combustão para as algas" eficiente do sistema. Os pesquisadores propuseram diferentes configurações photobioreactor 4,6 e estratégias de cultivo 7,8 com gás de combustão. Aqui, apresentamos um protocolo que demonstra como usar modelos para prever o crescimento de microalgas em resposta a tarrafa configurações de gás. Nós perfORM ambos ilustração e modelo simulações experimentais para determinar as condições favoráveis para o crescimento de algas, com gás de combustão. Desenvolvemos um modelo baseado em Monod, juntamente com a transferência de massa e as equações de intensidade de luz para simular o crescimento de microalgas em uma foto-biorreator homogênea. A simulação do modelo de crescimento e compara combustão algas consumos de gás sob diferentes configurações de combustão a gás. O modelo ilustra: 1) como o crescimento de algas é influenciada por diferentes coeficientes de transferência de massa volumétrica de CO 2, 2) como podemos encontrar ótima concentração de CO 2 para o crescimento de algas, através da abordagem de otimização dinâmica (DOA), 3) como podemos projetar um rectangular on-off de impulsos de gás de combustão para promover o crescimento da biomassa das algas e para reduzir o uso de gás de combustão. No lado experimental, apresentamos um protocolo para o cultivo de Chlorella sob o gás de combustão (gerada pela combustão do gás natural). Os resultados experimentais qualitativamente validar as previsões do modelo que o gás de combustão de alta freqüência puLSEs pode melhorar significativamente o cultivo de algas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Neste estudo, demonstramos o protocolo experimental para a ampliação cultivos de algas em fotobiorreatores. Também examinamos vários métodos para entradas de gases de combustão para promover o crescimento de algas. Usando um modelo de transferência de massa e de bio-reacção, que demonstram que o coeficiente de transferência de massa de CO 2 K La (determinado por biorreactor mistura condição e CO 2 velocidade superficial) influencia fortemente o crescimento de algas. A simulaç…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudo é apoiado por um programa de NSF (Investigação Experiências para alunos de graduação) na Universidade de Washington em 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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