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

מחקר זה נתמך על ידי תכנית ה-NSF (מחקר חוויות לתואר ראשון) באוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס.

1. טיפוח אצות וScale-up <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את מדיום התרבות באמצעות מים deionized מכיל 0.55 גר &#39;/ L -1 אוריאה, .1185 גר&#39; / L -1 KH 2 PO 4, 0.102 גר &#39;/ L -1 MgSO 4 · 7H 2 O, -1 7H 4 FeSO · 0.015 g / L 2 O ו22.5 מייקרו אלמנט...

<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>

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...

<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

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 &quot;גז פליטה אצות&quot; 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.

<html> ניתוח ניסיוני הקודם שלנו מצביע על כך שחשיפת גז פליטה מתמשכת משפיעה לרעה על צמיחת כלורלה, תוך הפחתת זמן חשיפה 2 CO הוא מסוגל להקל על עיכוב זה 13. כדי להבין את זרימת גז הפליטה ומערכת יחסים של צמיחת אצות טובה יותר, אנו מפתחים מודל אמפירי כדי לדמות את הצמי?...

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

גז פליטה מתחנות כוח הוא CO 2 מקור זול לצמיחת אצות. בנינו &quot;גז פליטה לאצות טיפוח&quot; 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.

לייעל ארובות הגדרות גז לקידום Microalgae צמיחה בphotobioreactors באמצעות הדמיות מחשב

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

ניתוח התוכן של חומצות שומן והרכב בMicroalgae

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

מדידה של שטף גזי חממה מקרקעות חקלאיות באמצעות לשכות סטטי

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

כימות של מתכות כבדות ומזהמים אורגניים אחרים בפרודוקטיביות של מייקרו

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

תהליכי מעבדה ההדברה להדברה בגז תחמוצת החנקן

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

המעבדה-מודל להערכת ריח וריכוזי גזים הנפלטת עמוק עם מיטות Pack זבל

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

ניסויי חקר הקשר בין גודל החלקיקים מתאן וספיחה מתוקף פצלי

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

פרוטוקול Rhizobox ממוטבת כדי להמחיש צמיחה השורש והיענות לצרכי מזינים לשפות אחרות

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

הלחנה וניתוח הפצה Bioaerosols בתנאים סביבתיים שונים

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

טיפוח של ירוק Microalgae בועה עמודה Photobioreactors ואת וזמינותו עבור ליפידים נייטרלי

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

מיקרואצות וטיפוח ביומסה ביופיקציה בפוטובילקטור הספסל עם גזים בארובה מאכל

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