Name: optimize flue gas settings to promote microalgae growth in photobioreactors via computer simulations
Uploaded: 2013-10-01T09:00:00
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本研究では、セントルイスのワシントン大学でNSFのプログラム（学部生のための研究体験）によってサポートされています。

1。藻類培養およびスケールアップ<ol><li> 0.55グラム/ Lを含有する脱イオン水を用いて培地を調製-1尿素、0.1185グラム/ L -1 KH 2 PO 4、0.102グラム/ L -1 の MgSO 4·7H 2 O、0.015グラム/ L -1のFeSO 4·7H 2 Oおよび22.5μlの微量元素（18.5グラム/ L -1のH 3 BO 3、21.0グラム/ L -1のCuSO 4·5H 2 Oを、73.2グ?...

<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>

本研究では、フォトバイオリアクターで藻類の栽​​培を拡大するための実験プロトコルを示しています。我々はまた、藻類の成長を促進するための排煙入力するためのいくつかの方法を検討する。物質移動およびバイオ反応モデルを用いて、CO 2物質移動係数（バイオリアクター混合条件及びCO 2空塔速度によって決定される）K Laが強く藻類の成長に影響を与えるこ?...

<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

発電所からの煙道ガスは、藻類の培養を促進し、温室効果ガスの排出量を低減することができる1。微細藻類は、より効率的に植物3よりも太陽エネルギーを取り込むだけでなく、高度なバイオ燃料2-4を合成するだけでなく。一般的には、大気中のCO 2は、最大の藻類の成長5をサポートするための十分なソースではありません。一方、工業排気ガス中のCO 2の高濃度の藻類生理学に悪影響を与える。従って、（例えば、栄養素および光など）の両方の培養条件および光バイオリアクターへの煙道ガス流の制御は、システムを「藻類する煙道ガス「効率を開発することが重要である。研究者は、煙道ガスと異なるフォトバイオリアクタ構成4,6と7,8培養戦略を提案している。ここでは、排ガスの設定に応じて、微細藻類の成長を予測するためにモデルを使用する方法を示したプロトコルを提示する。私たちは、PERF煙道ガスとの藻類の成長のための有利な条件を決定するために、両方の実験的例証とモデルシミュレーションをORM。我々は、均一な光バイオリアクターでの微細藻類の成長をシミュレートするために、物質移動および光強度の方程式と相まってモノーベースのモデルを開発する。モデルシミュレーションは、さまざまな排煙設定で藻類の成長と煙道ガス消費量を比較します。モデルは示しています。1）どのように藻 ​​類の成長をCO 2の異なる物質移動容量係数に影響されます。2）どのように我々は、動的な最適化アプローチ（DOA）を介して藻類の成長のための最適なCO 2濃度を見つけることができます。3）どのようにして設計することができます藻類バイオマスの成長を促進し、煙道ガスの使用量を減らすためにオンオフ排ガスパルス矩形。実験面では、（天然ガスの燃焼によって生成される）、煙道ガスの下でクロレラを成長させるためのプロトコルを提示する。実験結果は、定性的にモデル予測を検証し、その高周波排ガスのPU小売り供給が大幅に藻類の栽培を向上させることができます。

我々の以前の実験的分析は、この阻害が13を軽減することができるCO 2露光時間を減少させながら、連続される煙道ガス暴露悪影響、 クロレラの成長に影響を与えることを示している。良好な煙道ガスの流入、藻類の成長の関係を理解するために、我々は、煙道ガスの存在下でのバイオマス成長をシミュレートするための経験的モデルを開発する。私たちは、煙道ガス15...

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

発電所からの煙道ガスは、藻類の成長のための安価なCO 2源である。私たちは、システム「栽培藻類する煙道ガス」のプロトタイプを構築し、藻類培養工程をスケールアップする方法を説明してきました。我々は、Chlorella種の成長のための煙道ガスの最適な動作をシミュレートし、設計するために、物質移動のバイオ反応モデルの使用を実証した。藻類のフォトバイオリアクター中。

計算機シミュレーションを通してフォトバイオリアクターで藻類の成長を促進するために排煙設定を最適化

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

微細藻類中の脂肪酸含量および組成の分析

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

静的チャンバを用いて農用地の土壌からの温室効果ガスフラックスの測定

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

重金属や微細藻類の生産性に関するその他の無機汚染物質の定量

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

窒素酸化物ガスで害虫駆除のため研究所くん蒸処理の手順

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

臭気と深いから放出されるガスの濃度を評価する実験室スケール モデル層状パック肥料

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

粒子径と頁岩中のメタン吸着容量との関係に関する実験的研究

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

根の生長およびローカライズされた栄養素に対する反応性を可視化する最適化された Rhizobox プロトコル

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

組成と異なる環境条件下におけるバイオエアロゾルの分布解析

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

中性脂質のバブル列フォトバイオリアクターとアッセイで緑の微細藻類の栽培

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

腐食性煙道ガスを用いたベンチスケール光バイオリアクターにおける微細藻類栽培とバイオマス定量

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