Name: optimize flue gas settings to promote microalgae growth in photobioreactors via computer simulations
Uploaded: 2013-10-01T09:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Optimize Flue Gas Settings to Promote Microalgae Growth in Photobioreactors via Computer Simulations at JoVE.com

Dit onderzoek wordt ondersteund door een NSF-programma (Onderzoek Ervaringen voor studenten) aan de Washington University in St. Louis.

1. Algal Teelt en Scale-up <ol><li> Bereid het kweekmedium met behulp van gedemineraliseerd water met 0,55 g / L -1 ureum, 0,1185 g / L -1 KH 2 PO 4, 0.102 g / L -1 MgSO4 · 7H 2 O, 0,015 g / L -1 FeSO 4 · 7H 2 O en 22,5 pl micro (18.5 g / L -1 H 3 BO 3, 21,0 g / L -1 CUSO4 · 5H 2 O, 73.2 g / L -1 MnCl2 · 4H 2...

<ol>
	<li>Granite, E. J., O'Brien, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+novel+methods+for+carbon+dioxide+separation+from+flue+and+fuel+gases.">Review of novel methods for carbon dioxide separation from flue and fuel gases.</a> Fuel Process. Technol. 86, 1423-1434 (2005).</li><li>Chisti, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biodiesel+from+microalgae.">Biodiesel from microalgae.</a> Biotechnol. Adv. 25, 294-306 (2007).</li><li>Li, Y., Horsman, M., Wu, N., Lan, C. Q., Dubois-Calero, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofuels+from+microalgae.">Biofuels from microalgae.</a> Biotechnol. Prog. 24, 815-820 (2008).</li><li>Schenk, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Second+generation+biofuels:+high-efficiency+microalgae+for+biodiesel+production.">Second generation biofuels: high-efficiency microalgae for biodiesel production.</a> BioEnergy Research. 1, 20-43 (2008).</li><li>Kumar, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+CO2+fixation+and+biofuel+production+via+microalgae:+recent+developments+and+future+directions.">Enhanced CO2 fixation and biofuel production via microalgae: recent developments and future directions.</a> Trends Biotechnol. 28, 371-380 (2010).</li><li>Kumar, K., Dasgupta, C. N., Nayak, B., Lindblad, P., Das, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+suitable+photobioreactors+for+CO2+sequestration+addressing+global+warming+using+green+algae+and+cyanobacteria.">Development of suitable photobioreactors for CO2 sequestration addressing global warming using green algae and cyanobacteria.</a> Bioresour. Technol. 102, 4945-4953 (2011).</li><li>Lee, J. -. N., Lee, J. -. S., Shin, C. -. S., Park, S. -. C., Kim, S. -. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+to+enhance+tolerances+of+Chlorella+KR-1+to+toxic+compounds+in+flue+gas.">Methods to enhance tolerances of Chlorella KR-1 to toxic compounds in flue gas.</a> Appl. Biochem. Biotechnol. 84-86, 329-342 (2000).</li><li>Zeiler, K. G., Heacox, D. A., Toon, S. T., Kadam, K. L., Brown, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+microalgae+for+assimilation+and+utilization+of+carbon+dioxide+from+fossil+fuel-fired+power+plant+flue+gas.">The use of microalgae for assimilation and utilization of carbon dioxide from fossil fuel-fired power plant flue gas.</a> Energy Conversion and Management. 36 (95), 707-712 (1995).</li><li>Mart&#237;nez, M. E., Camacho, F., Jim&#233;nez, J. M., Esp&#237;nola, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+light+intensity+on+the+kinetic+and+yield+parameters+of+Chlorella+pyrenoidosa+mixotrophic+growth.">Influence of light intensity on the kinetic and yield parameters of Chlorella pyrenoidosa mixotrophic growth.</a> Process Biochem. 32 (96), 93-98 (1997).</li><li>Van't Riet, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+measuring+methods+and+results+in+nonviscous+gas-liquid+mass+transfer+in+stirred+vessels.">Review of measuring methods and results in nonviscous gas-liquid mass transfer in stirred vessels.</a> Ind. Eng. Chem. Process. 18, 357-364 (1979).</li><li>Methekar, R., Ramadesigan, V., Braatz, R. D., Subramanian, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimum+charging+profile+for+lithium-ion+batteries+to+maximize+energy+storage+and+utilization.">Optimum charging profile for lithium-ion batteries to maximize energy storage and utilization.</a> ECS Trans. 25, 139-146 (2010).</li><li>Kameswaran, S., Biegler, L. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+dynamic+optimization+strategies:+Recent+advances+and+challenges.">Simultaneous dynamic optimization strategies: Recent advances and challenges.</a> Comput. Chem. Eng. 30, 1560-1575 .</li><li>He, L., Subramanian, V. R., Tang, Y. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+analysis+and+model-based+optimization+of+microalgae+growth+in+photo-bioreactors+using+flue+gas.">Experimental analysis and model-based optimization of microalgae growth in photo-bioreactors using flue gas.</a> Biomass Bioenergy. 41, 131-138 (2012).</li><li>Novak, J. T., Brune, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inorganic+carbon+limited+growth+kinetics+of+some+freshwater+algae.">Inorganic carbon limited growth kinetics of some freshwater algae.</a> Water Res. 19 (85), 215-225 (1985).</li><li>Landry, M. R., Haas, L. W., Fagerness, V. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+microbial+plankton+communities+experiments+in+Kaneohe+Bay,+Hawaii.">Dynamics of microbial plankton communities experiments in Kaneohe Bay, Hawaii.</a> Mar. Ecol. 16, 127-133 (1984).</li><li>Silva, H. J., Pirt, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+dioxide+inhibition+of+photosynthetic+growth+of+Chlorella.">Carbon dioxide inhibition of photosynthetic growth of Chlorella.</a> J. Gen. Microbiol. 130, 2833-2838 (1984).</li><li>Powell, E. E., Mapiour, M. L., Evitts, R. W., Hill, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+kinetics+of+Chlorella+vulgaris+and+its+use+as+a+cathodic+half+cell.">Growth kinetics of Chlorella vulgaris and its use as a cathodic half cell.</a> Bioresour. Technol. 100, 269-274 (2009).</li><li>Sawyer, C. N., McCarty, P. L., Parkin, G. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Chemistry for environmental engineering and science. , 144 (2003).</li><li>Doucha, J., Straka, F., L&#237;vansk&#253;, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Utilization+of+flue+gas+for+cultivation+of+microalgae+Chlorella+sp.+in+an+outdoor+open+thin-layer+photobioreactor.">Utilization of flue gas for cultivation of microalgae Chlorella sp. in an outdoor open thin-layer photobioreactor.</a> J. Appl. Phycol. 17, 403-412 (2005).</li><li>Thimijan, R. W., Heins, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photometric,+radiometric,+and+quantum+light+units+of+measure:+a+review+of+procedures+for+interconversion.">Photometric, radiometric, and quantum light units of measure: a review of procedures for interconversion.</a> Hortscience. 18, 818-822 (1983).</li></ol>

In deze studie tonen we aan de experimentele protocol voor het opschalen van algen teelten in fotobioreactoren. We onderzoeken ook verschillende methoden voor rookgas ingangen om algengroei te bevorderen. Met behulp van een massa-overdracht en bio-reactie model, tonen we aan dat de CO 2 massatransfercoëfficiënt K La (bepaald door bioreactor mengen conditie en CO 2 oppervlakkige snelheid) van grote invloed op de algengroei. Het model simulatie geeft continu aan-uit rookgas pulsen met kor...

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="636">
	<tbody>
		<tr height="21"> 
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Spectrophotometer</td>
			<td style="width:212px;">Thermal Scientific, Texas USA</td>
			<td style="width:212px;"> </td>
		</tr>
		<tr height="39">
			<td height="39" style="height:39px;width:212px;">CO2 gas analyzer</td>
			<td style="width:212px;">LI-COR, Biosciences, Nebraska USA</td>
			<td style="width:212px;"> </td>
		</tr>
		<tr height="39">
			<td height="39" style="height:39px;width:212px;">Mass flow controllers</td>
			<td style="width:212px;">OMEGA Engineering INC, Connecticut USA</td>
			<td style="width:212px;">FMA5416</td>
		</tr>
		<tr height="58">
			<td height="58" style="height:58px;width:212px;">Data acquisition card</td>
			<td style="width:212px;">Measurement Computing Corporation, Massachusetts USA</td>
			<td style="width:212px;">USB-1208FS</td>
		</tr>
		<tr height="39">
			<td height="39" style="height:39px;width:212px;">Filters</td>
			<td style="width:212px;">Aerocolloid LLC, Minnesota USA</td>
			<td style="width:212px;"> </td>
		</tr>
		<tr height="39">
			<td height="39" style="height:39px;width:212px;">MATLAB/Simulink</td>
			<td style="width:212px;">Mathworks, Massachusetts USA</td>
			<td style="width:212px;">R2010a</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Glass bottles</td>
			<td style="width:212px;">Fisher USA</td>
			<td style="width:212px;"> </td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optimize flue gas settings to promote microalgae growth in photobioreactors via computer simulations

Rookgas van energiecentrales kunnen algen teelt te bevorderen en de uitstoot van broeikasgassen te verminderen 1. Microalgen niet alleen zonne-energie efficiënter dan planten 3 vast te leggen, maar ook synthetiseren geavanceerde biobrandstoffen 2-4. In het algemeen, de atmosferische CO 2 is geen voldoende bron voor de ondersteuning van maximaal algengroei 5. Anderzijds, de hoge concentraties van CO2 in industriële uitlaatgassen negatieve effecten op algen fysiologie. Bijgevolg beide teeltomstandigheden (zoals nutriënten en licht) en de controle van de rookgasstroom in de foto-bioreactoren zijn belangrijk om een ​​doeltreffende &quot;rookgas voor algen ontwikkelen&quot; systeem. Onderzoekers hebben verschillende photobioreactor configuraties 4,6 en teeltstrategieën 7,8 met rookgas voorgesteld. Hier presenteren we een protocol dat laat zien hoe modellen te gebruiken om de groei van microalgen in reactie voorspellen gasinstellingen rookkanaal. We perform zowel experimentele illustratie en modelsimulaties aan de gunstige voorwaarden voor de groei van algen met rookgas. Wij ontwikkelen een Monod-gebaseerd model gekoppeld aan massa-overdracht en lichtintensiteit vergelijkingen te simuleren de microalgen groei in een homogene foto-bioreactor. Het model simulatie vergelijkt algengroei en rookgas consumpties onder verschillende rookgasreiniging instellingen. Het model illustreert: 1) hoe de algengroei wordt beïnvloed door verschillende volumetrische massa-overdracht coëfficiënten van CO 2, 2) hoe kunnen we optimaal CO 2-concentratie voor algengroei vinden via de dynamische optimalisatie aanpak (DOA), 3) hoe kunnen we het ontwerp van een rechthoekig aan-uit rookgas-impuls om algengroei biomassa te bevorderen en om het gebruik van rookgassen. Op de experimentele kant, presenteren we een protocol voor het kweken van Chlorella onder het rookgas (opgewekt door verbranding van aardgas). De experimentele resultaten kwalitatief valideren van het model voorspellingen die de hoge frequentie rookgas puGrote ondernemingen kunnen een aanzienlijke verbetering van de algenteelt.

Onze eerdere experimentele analyse blijkt dat continue blootstelling rookgas bezwarend Chlorella groei met minder CO 2 belichtingstijd kunnen deze remming 13 verlichten. Om een ​​beter inzicht rookgas in-en algengroei relatie ontwikkelen wij een empirisch model om de biomassa groei in aanwezigheid van rookgas simuleren. We nemen aan dat het rookgas bevat 15% CO 2 (let op: De typische CO 2-concentratie van de verbranding van steenkool is 10-15%, terwijl het rookgas...

Watch this Scientific Journal Video about Optimize Flue Gas Settings to Promote Microalgae Growth in Photobioreactors via Computer Simulations at JoVE.com

Optimize Flue Gas Settings to Promote Microalgae Growth in Photobioreactors via Computer Simulations

Rookgas van energiecentrales is een goedkope CO 2 bron voor algengroei. We hebben prototype &quot;rookgas teelt van algen&quot; gebouwd systemen en beschreef hoe de opschaling van de algen teeltproces. We hebben het gebruik van een massa-overdracht bio-reactie model te simuleren en het ontwerp van de optimale werking van rookgas voor de groei van Chlorella sp aangetoond. in algen foto-bioreactoren.

Optimaliseer Rookgas instellingen ter bevordering van microalgen groei in fotobioreactoren via Computersimulaties

Flue gas from power plants can promote algal cultivation and reduce greenhouse gas emissions1. Microalgae not only capture solar energy more efficiently ...

Research

JoVE Journal

Environment

Analysis of Fatty Acid Content and Composition in Microalgae

Analyse van vetzuurgehalte en Compositie in Microalgen

A method to determine the content and composition of total fatty acids present in microalgae is described. Fatty acids are a major constituent of ...

Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers

Meting van Greenhouse Gas Flux uit landbouwgrond met statisch Chambers

Measurement of greenhouse gas (GHG) fluxes between the soil and the atmosphere, in both managed and unmanaged ecosystems, is critical to understanding the ...

Quantification of Heavy Metals and Other Inorganic Contaminants on the Productivity of Microalgae

Kwantificering van zware metalen en andere anorganische contaminanten op de productiviteit van microalgen

Increasing demand for renewable fuels has researchers investigating the feasibility of alternative feedstocks, such as microalgae. Inherent advantages ...

Procedures of Laboratory Fumigation for Pest Control with Nitric Oxide Gas

Procedures van laboratorium fumigatie voor ongediertebestrijding met stikstofmonoxide Gas

Nitric oxide (NO) is a newly discovered fumigant for postharvest pest control. This paper provides detailed protocols for conducting NO fumigation on ...

Lab-Scale Model to Evaluate Odor and Gas Concentrations Emitted by Deep Bedded Pack Manure

Lab-maquette te evalueren van de geur en de gasconcentraties uitgestoten door Deep bedden Pack mest

A lab-scaled simulated bedded pack model was developed to study air quality and nutrient composition of deep-bedded packs used in cattle mono-slope ...

Experimental Study of the Relationship Between Particle Size and Methane Sorption Capacity in Shale

Experimentele studie van de relatie tussen deeltjesgrootte en methaan Sorption capaciteit in leisteen

The amount of adsorbed shale gas is a key parameter used in shale gas resource evaluation and target area selection, and it is also an important standard ...

An Optimized Rhizobox Protocol to Visualize Root Growth and Responsiveness to Localized Nutrients

Een geoptimaliseerde Rhizobox Protocol bij het visualiseren van de wortelgroei en responsiviteit gelokaliseerde nutriënten

Roots are notoriously difficult to study. Soil is both a visual and mechanical barrier, making it difficult to track roots in situ without destructive ...

Composition and Distribution Analysis of Bioaerosols Under Different Environmental Conditions

Samenstelling en analyse van de verdeling van Bioaerosols onder verschillende omgevingsomstandigheden

Variable microorganisms in particulate matter (PM) under different environmental conditions may have significant impacts on human health. In this study, ...

Cultivation of Green Microalgae in Bubble Column Photobioreactors and an Assay for Neutral Lipids

Teelt van groene microalgen in Bubble kolom Photobioreactors en een kwantitatieve analyse voor neutrale lipiden

There is significant interest in the study of microalgae for engineering applications such as the production of biofuels, high value products, and for the ...

Microalgae Cultivation and Biomass Quantification in a Bench-Scale Photobioreactor with Corrosive Flue Gases

Microalgen teelt en biomassa kwantificering in een Fotobioreactor met een tafel schaal met corrosieve rookgas

Photobioreactors are illuminated cultivation systems for experiments on phototrophic microorganisms. These systems provide a sterile environment for ...