Name: coupling carbon capture from a power plant with semi-automated open raceway ponds for microalgae cultivation
Uploaded: 2020-08-14T16:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Coupling Carbon Capture from a Power Plant with Semi-automated Open Raceway Ponds for Microalgae Cultivation at JoVE.com

עבודה זו נתמכה באמצעות פרויקט הבדיקה האזורי של אצות, משרד האנרגיה האמריקאי DE-EE0006269. אנו מודים גם לאסטבן חימנז, ג'סיקה פיבלס, פרנסיסקו אצ'דו, חוזה סיסנרוס, צוות RAFT, מארק מנספילד, צוות תחנת הכוח UA וצוות תחנת הכוח TEP על כל עזרתם.

1. מערכת צמיחה: הגדרות בריכת מרוצים פתוחה חיצונית
<ol><li>הקימו את בריכות המרוצים הפתוחות קרוב למקור הגז (המכילות 8-10% CO2). ודא שמים וחשמל זמינים במיקום הכור בבריכה ושהכור אינו בצל רוב שעות היום (איור 1).</li>
	<li>לכידת גז פלואור במהלך התהליך שלאחר הבעירה באמצעות צינור דלק בקוט?...

במחקר זה אנו מדגימים כי צימוד סינרגטי של לכידת פחמן בגז פלואור וטיפוח מיקרו-אצות אפשרי באקלים צחיח למחצה חם. הפרוטוקול הניסיוני של מערכת בריכת מסלולי המרוצים האוטומטית למחצה משלב טכנולוגיה חדישה לניטור פרמטרים רלוונטיים בזמן אמת המתאמים לצמיחת אצות בעת שימוש בגז פלואור כמקור פחמן. הפרוט...

ההתחממות הגלובלית היא אחת הסוגיות הסביבתיות החשובות ביותר שהעולם מתמודד איתן כיום1. מחקרים מצביעים על כך שהגורם העיקרי הוא העלייה בפליטת גזי החממה, בעיקר CO2, באטמוספרה עקב פעילות אנושית 2,3,4,5,6,7. בארה"ב, הצפיפות הגדולה ביותר של פליטות CO2 מקורה בעיקר בשריפת דלקי מאובנים במגזר האנרגיה, במיוחד תחנות ייצור חשמל 3,7,8,9. לפיכך, טכנולוגיות לכידה וניצול פחמן (CCU) התגלו כאחת האסטרטגיות העיקריות להפחתת פליטות גזי חממה 2,7,10. אלה כוללים מערכות ביולוגיות המשתמשות באור השמש כדי להמיר CO2 ומים באמצעות פוטוסינתזה, בנוכחות חומרי מזון, לביומסה. השימוש במיקרו-אצות הוצע בשל קצב הצמיחה המהיר, יכולת קיבוע CO2 גבוהה וכושר ייצור גבוה. בנוסף, למיקרו-אצות יש פוטנציאל ביו-אנרגיה רחב מכיוון שניתן להמיר את הביומסה למוצרים בעלי עניין, כגון דלקים ביולוגיים שיכולים להחליף דלקי מאובנים 7,9,10,11,12.
מיקרו-אצות יכולות לגדול ולהשיג המרה ביולוגית במגוון מערכות גידול או כורים, כולל בריכות מסלול מרוצים פתוחות ופוטו-ביוריאקטורים סגורים 13,14,15,16,17,18,19. חוקרים חקרו את היתרונות והמגבלות הקובעים את הצלחתו של המעבד הביולוגי בשתי מערכות הטיפוח, בתנאים פנימיים או חיצוניים 5,6,16,20,21,22,23,24,25 . בריכות מרוצים פתוחות הן מערכות הטיפוח הנפוצות ביותר ללכידת פחמן ולניצולו במצבים שבהם ניתן להפיץ גז פלואור ישירות מהערימה. סוג זה של מערכת טיפוח הוא זול יחסית, קל להגדיל אותו, יש לו עלויות אנרגיה נמוכות, ויש לו דרישות אנרגיה נמוכות לערבוב. בנוסף, ניתן למקם בקלות מערכות אלה בשיתוף פעולה עם תחנת הכוח כדי להפוך את תהליך ה- CCU ליעיל יותר. עם זאת, ישנם כמה חסרונות שיש לקחת בחשבון, כגון המגבלה בהעברת מסת גז /נוזל CO2. למרות שישנן מגבלות, בריכות מסלול מרוצים פתוחות הוצעו כמערכת המתאימה ביותר לייצור דלק ביולוגי מיקרואלגלי חיצוני 5,9,11,16,20.
במאמר זה נפרט שיטה לגידול מיקרו-אצות בבריכות מרוצים פתוחות המשלבת לכידת פחמן מגז הפלואו של תחנת כוח בגז טבעי. השיטה מורכבת ממערכת חצי אוטומטית השולטת בהזרקת גז חליל על בסיס pH התרבית; המערכת מנטרת ומתעדת את מצב תרבית כלורלה סורוקיניאנה בזמן אמת באמצעות צפיפות אופטית, חמצן מומס (DO), מוליכות חשמלית (EC) וחיישני טמפרטורת אוויר ובריכה. ביומסה של אצות ונתוני הזרקת גז פלואור נאספים על ידי אוגר נתונים כל 10 דקות במתקן החשמל של טוסון. תחזוקת זני אצות, הרחבה, מדידות בקרת איכות ואפיון ביומסה (למשל, מתאם בין צפיפות אופטית, g/L ותכולת שומנים) מבוצעים במעבדה באוניברסיטת אריזונה. פרוטוקול קודם התווה שיטה לאופטימיזציה של הגדרות גזי פלואור כדי לקדם צמיחת מיקרו-אצות בפוטו-ביוריאקטורים באמצעות סימולציה ממוחשבת26. הפרוטוקול המוצג כאן הוא ייחודי בכך שהוא משתמש בבריכות מסלול מרוצים פתוחות ומתוכנן להיות מיושם באתר בתחנת כוח בגז טבעי על מנת לעשות שימוש ישיר בגז הפלואור המופק. בנוסף, מדידות צפיפות אופטית בזמן אמת הן חלק מהפרוטוקול. המערכת כמתואר מותאמת לאקלים חם למחצה (Köppen BSh), המציג משקעים נמוכים, שונות משמעותית במשקעים משנה לשנה, לחות יחסית נמוכה, שיעורי אידוי גבוהים, שמיים בהירים וקרינת שמש אינטנסיבית27.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1767px;" width="1766">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Adjustable speed motor (paddle wheel system)</td>
			<td style="width:204px;">Leeson</td>
			<td style="width:161px;">174307</td>
			<td style="width:1116px;">Lesson 174307.00, type: SCR Voltage; Amps:10</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Aluminum weight boats</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:161px;">08-732-102</td>
			<td>Fisherbrand Aluminum Weighing Dishes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ammonium Iron (III) (NH&#8324;)&#8325;[Fe(C&#8326;H&#8324;O&#8327;)&#8322;]</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>1185 - 57 - 5</td>
			<td>Medium preparation. Ammonium iron(III) citrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Ammonium Phosphate</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>7722-76-1</td>
			<td>This chemical is used for the optimized medium</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Ampicillin sodium salt</td>
			<td style="width:204px;">Sigma Aldrich</td>
			<td>A9518-5G</td>
			<td>This chemical is used for avoiding algae contamination</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Autoclave</td>
			<td>Amerex Instrument Inc</td>
			<td></td>
			<td>Hirayama HA300MII</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Bacto agar</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td>BP1423500</td>
			<td>Fisher BioReagents Granulated Agar</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Bleach</td>
			<td style="width:204px;">Clorox</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>Germicidal Bleach, concentrated clorox</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Boric Acid (H3BO3)</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td>10043-35-3</td>
			<td>Trace Elelements: Boric acid</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:285px;">Calcium chloride dihydrate (CaCl2*2H2O)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>10035-04-8</td>
			<td>Medium preparation. Calcium chloride dihydrate</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:285px;">Carboys (20 L)</td>
			<td style="width:204px;">Nalgene - Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>2250-0050PK</td>
			<td>Polypropylene Carboy w/Handles</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Centrifuge</td>
			<td style="width:204px;">Beckman Coulter, Inc</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>J2-21</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Chloroform</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>67-66-3</td>
			<td>This chemical is used for lipid extraction</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Citraplex 20% Iron</td>
			<td style="width:204px;">Loveland Products</td>
			<td>SDS No. 1000595582 -17-LPI</td>
			<td>https://www.fbn.com/direct/product/Citraplex-20-Iron#product_info</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:285px;">Cobalt (II) nitrate hexahydrate (Co(NO3)2*6H2O)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">10026-22-9</td>
			<td>Trace Elements: Cobalt (II) nitrate hexahydrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Compressor</td>
			<td style="width:204px;">Makita</td>
			<td>MAC700</td>
			<td>This equipment is used for the injection CO2 system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Control Valve</td>
			<td style="width:204px;">Sierra Instruments</td>
			<td style="width:161px;">SmartTrak 100</td>
			<td>This item needs to be customized for your application. In our case, it was used a 5% CO2 and 95% air mixture.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:285px;">Copper (II) Sulfate Pentahydrate (CuSO4*5H2O)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">7758-99-8</td>
			<td>Trace Elements: Copper (II) Sulfate Pentahydrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Data Logger: Campbell unit CR3000</td>
			<td style="width:204px;">Scientific Campbell</td>
			<td style="width:161px;">CR3000</td>
			<td>This equipment is used for controlling all the system, motoring and recording data</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Dissolvde Oxygen Solution</td>
			<td style="width:204px;">Campbell Scientific</td>
			<td style="width:161px;">14055</td>
			<td>Dissolved oxygen electrolyte solution DO6002 - Lot No. 211085</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:285px;">Dissolved Oxygen probe</td>
			<td style="width:204px;">Sensorex</td>
			<td>&#65279;</td>
			<td>DO6400/T Dissolved Oxygen Sensor with Digital Communication</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Electroconductivity calibration solution</td>
			<td style="width:204px;">Ricca Chemical Company</td>
			<td style="width:161px;">2245 - 32 ( R2245000-1A )</td>
			<td>Conductivity Standard, 5000 uS/cm at 25C (2620 ppm TDS as NaCl)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Electroconductivity probe sensor</td>
			<td style="width:204px;">Hanna Instruments</td>
			<td>HI3003/D</td>
			<td>Flow-thru Conductivity Probe - NTC Sensor, DIN Connector, 3m Cable</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:285px;">Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate (Na2EDTA*2H2O)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>6381-92-6</td>
			<td>Medium Preparation: Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Filters</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td>09-874-48</td>
			<td>Whatman Binder-Free Glass Microfiber Filters</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Flasks</td>
			<td style="width:204px;">Fisher scientific</td>
			<td>09-552-40</td>
			<td>Pyrex Fernbach Flasks</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Furnace</td>
			<td style="width:204px;">Hogentogler</td>
			<td style="width:161px;">Model: F6020C-80</td>
			<td>Thermo Sicentific Thermolyne F6020C - 80 Muffle Furnace</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Glass dessicator</td>
			<td style="width:204px;">VWR International LLC</td>
			<td style="width:161px;">75871-430</td>
			<td>Type 150, 140 mm of diameter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Glass funnel</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:161px;">FB6005865</td>
			<td>Fisherbrand Reusable Glass Long-Stem Funnels</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Laminar flow hood</td>
			<td>Fisher Hamilton Safeair</td>
			<td></td>
			<td>Fisher Hamilton Stainless Safeair hume hood</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:285px;">Magnesium sulfate heptahydrate (MgSO4*7H2O)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>10034 - 99 - 8</td>
			<td>Medium Preparation: Magnesium sulfate heptahydrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Methanol</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>67-56-1</td>
			<td>Lipid extraction solvent</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:285px;">Micro bubble Diffuser</td>
			<td style="width:204px;">Pentair Aquatic Eco-Systems</td>
			<td>1PMBD075</td>
			<td>This equipment is used for the injection CO2 system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Microalgae: Chlorella Sorokiniana</td>
			<td style="width:204px;">NAABB</td>
			<td style="width:161px;">DOE 1412</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Microoscope</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Carl Zeiss 4291097</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Microwave assistant extraction</td>
			<td style="width:204px;">MARS, CEM Corportation</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>CEM Mars 5 Xtraction 230/60 Microwave Accelerated Reaction System. Model: 907601</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">MnCl2*4H2O</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>13446-34-9</td>
			<td>Manganese(II) chloride tetrahydrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Mortars</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td>FB961B</td>
			<td>Fisherbrand porcelein mortars</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Nitrogen evaporator</td>
			<td style="width:204px;">Organomation</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>N-EVAP 112 Nitrogen Evaporatpr (OA-SYS Heating System)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Oven</td>
			<td style="width:204px;">VWR International LLC</td>
			<td style="width:161px;">89511-410</td>
			<td>Forced Air Oven</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Paddle Wheel</td>
			<td style="width:204px;"></td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>8-blade horizontal axis propeller. This usually comes as part of the paddlewheel reactor.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Paddle wheel motor</td>
			<td>Leeson</td>
			<td>M1135042.00</td>
			<td>Leeson, Model: CM34025Nz10C; 1/4 HP; Volts 90; FR 34; 62 RPM.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Pestles</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td>FB961M</td>
			<td>Fisherbrand porcelein pestles</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">pH and EC Transmitter</td>
			<td style="width:204px;">Hanna Instruments</td>
			<td>HI98143</td>
			<td>Hanna Instruments HI98143-04 pH and EC Transmitter with Galvanic isolated 0-4V.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">pH calibration solutions</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:161px;">13-643-003</td>
			<td>Thermo Scientific Orion pH Buffer Bottles</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">pH probe sensor</td>
			<td style="width:204px;">Hanna Instruments</td>
			<td>HI1006-2005</td>
			<td>Hanna Instruments HI1006-2005 Teflon pH Electrode with matching pin 5m.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pippete tips</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>1111-2821</td>
			<td>1000 ul TipOne graduated blue tip in racks</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pippetter</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>13-690-032</td>
			<td>Eppendorf Reserch plus Variable Adjustable Volume Pipettes: Single-channel</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Plastic cuvettes</td>
			<td style="width:204px;">Fisher scientific</td>
			<td>14377017</td>
			<td>BrandTech BRAND Plastic Cuvettes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Plates</td>
			<td style="width:204px;">Fisher scientific</td>
			<td style="width:161px;">08-757-100D</td>
			<td>Corning Falcon Bacteriological Petri Dishes with Lid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Potash</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>This chemical is used for the optimazed medium preparation. It was bought in a fertilizer local company</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Potassium phosphate dibasic (K2HPO4)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>7758 -11 - 4</td>
			<td>Medium Preparation: Potassium phosphate dibasic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Pyrex reusable Media Storage Bottles</td>
			<td style="width:204px;">Fisher scientific</td>
			<td>06-414-2A</td>
			<td>1 L and 2 L bottels - PYREX GL45 Screw Caps with Plug Seals</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Raceway Pond</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Similar equipment can be bought at https://microbioengineering.com/products</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Real Time Optical Density Sensor</td>
			<td>University of Arizona</td>
			<td></td>
			<td>This equipment was design and build by a member of the group</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">RS232 Cable</td>
			<td style="width:204px;">Sabrent</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>Sabrent USB 2.0 to Serial (9-Pin) DB-9 RS-232 Converter Cable, Prolific Chipset, Hexnuts, [Windows 10/8.1/8/7/VISTA/XP, Mac OS X 10.6 and Above] 2.5 Feet (CB-DB9P)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Shaker Table</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Algae agitation 150 rpm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Sodium Carbonate (Na2CO3)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">497-19-8</td>
			<td>Sodium carbonate</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:285px;">Sodium molybdate dihydrate (Na2MoO4*2H2O)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">10102-40-6</td>
			<td>Medium Preparation: Sodium molybdate dihydrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Sodium nitrate (NaNO3)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>7631-99-4</td>
			<td>Medium Preparation: Sodium nitrate</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:285px;">Spectophotometer</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific Company</td>
			<td style="width:161px;">14-385-400</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific - 10S UV-Vis GENESTYS Spectrophotometer cylindrical Longpath cell holder; internal reference dectector, Xenon flash lamp; dual silicon photodiode; 240V, 50 to 60Hz selected automatically.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Test tubes</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:161px;">14-961-27</td>
			<td>Fisherbrand Disposable Borosilicate Glass Tubes with Plain End (10 ml)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Thermocouples type K</td>
			<td style="width:204px;">Omega</td>
			<td>KMQXL-125G-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Urea</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">2067-80-3</td>
			<td>Urea</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Vacuum filtration system</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:161px;">XX1514700</td>
			<td>MilliporeSigma Glass Vacuum Filter Holder, 47 mm. The system includes: Ground glass flask attachment, coarse-frit glass filter support, and flask</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Vacuum pump</td>
			<td style="width:204px;">Grainger</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>Marathon Electric AC Motor Thermally protected G588DX - MOD 5KH36KNA510X. HP 1/4. RPM 1725/1425</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Zinc sulfate heptahydrate (ZnSO4*7H2O)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">7446-20-0</td>
			<td>Zinc sulfate heptahydrate</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

coupling carbon capture from a power plant with semi-automated open raceway ponds for microalgae cultivation

בארצות הברית, 35% מכלל פליטות הפחמן הדו-חמצני (CO2) מגיעות מתעשיית החשמל, ש-30% מהן מייצגות ייצור חשמל בגז טבעי. Microalgae יכול biofix CO2 10 עד 15 פעמים מהר יותר מאשר צמחים ולהמיר ביומסה של אצות למוצרים מעניינים, כגון דלקים ביולוגיים. לפיכך, מחקר זה מציג פרוטוקול המדגים את הסינרגיות הפוטנציאליות של גידול מיקרו-אצות עם תחנת כוח בגז טבעי הממוקמת בדרום מערב ארצות הברית באקלים חם וצחיח למחצה. טכנולוגיות חדישות משמשות להגברת לכידת הפחמן וניצולו באמצעות מין האצות הירוק Chlorella sorokiniana, אשר ניתן לעבד אותו עוד יותר לדלק ביולוגי. אנו מתארים פרוטוקול הכולל בריכת מסלול מרוצים פתוחה חצי אוטומטית ודנים בתוצאות הביצועים שלה כאשר היא נוסתה בתחנת הכוח החשמלית טוסון, בטוסון, אריזונה. גז פלואו שימש כמקור הפחמן העיקרי לשליטה ב-pH, וכלורלה סורוקיניאנה טופחה. מדיום אופטימלי שימש לגידול האצות. כמות ה- CO2 שנוספה למערכת כפונקציה של זמן הייתה במעקב צמוד. בנוסף, גורמים פיזיקוכימיים אחרים המשפיעים על קצב גדילת האצות, תפוקת הביומסה וקיבוע הפחמן היו מנוטרים, כולל צפיפות אופטית, חמצן מומס (DO), מוליכות חשמלית (EC) וטמפרטורות אוויר ובריכות. התוצאות מצביעות על כך שניתן להשיג תפוקת מיקרו-אצות של עד 0.385 גרם/ליטר במשקל יבש ללא אפר, עם תכולת שומנים של 24%. מינוף הזדמנויות סינרגטיות בין פולטי CO2 לחקלאים אצות יכול לספק את המשאבים הדרושים להגברת לכידת הפחמן תוך תמיכה בייצור בר-קיימא של דלקים ביולוגיים של אצות ומוצרים ביולוגיים.

תוצאות ניסיוניות קודמות מהמעבדה שלנו מצביעות על כך שגידול מיקרו-אצות באמצעות בריכת מסלול מרוצים פתוחה אוטומטית למחצה יכול להיות משולב עם תהליכי לכידת פחמן. כדי להבין טוב יותר את הסינרגיה בין שני התהליכים האלה (איור 2), פיתחנו פרוטוקול והתאמנו אותו לטיפוח מין האצות הירוקות ...

Watch this Scientific Journal Video about Coupling Carbon Capture from a Power Plant with Semi-automated Open Raceway Ponds for Microalgae Cultivation at JoVE.com

Coupling Carbon Capture from a Power Plant with Semi-automated Open Raceway Ponds for Microalgae Cultivation

פרוטוקול מתואר לשימוש בפחמן דו-חמצני בגז טבעי של גז טבעי כדי לטפח מיקרו-אצות בבריכות פתוחות של מסלולי מרוצים. הזרקת גז Flue נשלטת באמצעות חיישן pH, וצמיחת מיקרו-אצות מנוטרת באמצעות מדידות בזמן אמת של צפיפות אופטית.

צימוד לכידת פחמן מתחנת כוח עם בריכות מסלול מרוץ פתוחות אוטומטיות למחצה לגידול מיקרו-אצות

In the United States, 35% of the total carbon dioxide (CO2) emissions come from the electrical power industry, of which 30% represent natural gas ...

This semi-automatic raceway cultivation system controlled by a pH sensor can directly capture flue gas from power plans for microalgae cultivation and can monitor microalgae growth with real-time measurements. The reactor system allows the direct capture and usage of carbon from industrial flue gas to grow microalgae in on-site semi-automated open pond raceway systems. The system can be used to cultivate alternative algae species and to capture carbon from any power plant.To set up an open raceway pond, attach a 0.95 centimeter fuel hose to capture the flue gas during the post-combustion process, a few meters before the flue gas enters the stack to be discharged into the atmosphere. Place a 20 liter water trap and an approximately 12 meter condenser between the stack and the compressor to remove water from the flue gas. To monitor algal growth, connect a real-time optical density sensor that measures the absorbance at 650 and 750 nanometers, a dissolved oxygen sensor, air and pond thermocouples, a pH sensor, and an electroconductivity sensor to a data logger.To set up a pH control system, connect a compressor and control valve system to the data logger program to manage the flue gas injection and use a tube to direct the flue gas from the control valve through a stone diffuser to the bottom of the raceway pond, then set the system to inject flue gas when the pH value was greater than 8.05 and to stop the flue gas injection when the pH is less than eight. To set up an algal culture system, set the culture room to 25 degrees Celsius in a 12-hour light, 12-hour dark cycle, and use deionized water salts and macro and micronutrients to prepare BG-11 culture medium. Use a sterile loop to select a single algal colony from the culture plate and inoculate the algae in a 50 milliliter tube containing sterile growth medium in a clean biosafety cabinet.Grow the small liquid culture on a shaker table at 120 revolutions per minute for one week. At the end of the incubation, transfer the entire volume of algal culture into 500 milliliters of liquid culture in a one liter flask and close the flask with a rubber stopper fitted with stainless steel tubing to provide aeration. Filter the air with 0.20 micron air sterilization filters and allow the culture to grow for another one to two weeks using a spectrophotometer to monitor the cell density daily.At the end of the culture period, add 500 milliliters of the liquid algal culture to eight liters of non-sterile culture medium in a 10 liter carboy and inject a mixture of 5%carbon dioxide and 95%air into the carboy. Monitor the stock plate and liquid cultures under a light microscope at the 10 and 40X magnifications once a week to ensure growth of the strain of interest. To inoculate an outdoor open raceway pond with algae, first, thoroughly clean the reactor overnight with 30%bleach.Rinse the reactor the next morning until all of the bleach has been removed and calibrate all of the sensors according to their corresponding calibration procedures. Fill the raceway pond up to 80%with water to dilute the concentrated medium and inoculate the pond with the 10 liter carboy of algae culture. Bring the pond to its final volume, then partially shade the raceway pond with wooden pallets for about three days as an adaptation strategy to avoid photo inhibition to allow the microalgae to acclimate to the culture system.To perform a batch growth experiment, inspect and record any day-to-day variations including water evaporation, paddle wheel motor and sensor functionality, or anything else out of the ordinary. Drain and inspect the compressor and water trap daily to allow the removal of any excess water and to minimize flue gas corrosion. Configure the data logger to scan each sensor measurement every 10 seconds and to store the average sensor and air and reactor temperature data every 10 minutes.Make sure that the water level remains constant at the reactor's final volume to avoid affecting the optical density measurement. After replenishing the water in the reactor, collect an algal biomass sample using a 250 milliliter bottle. Measure the optical density in the spectrophotometer.Check the quality of the algae culture three times a week by light microscopy. When a culture is close to reaching stationary phase, harvest 75%of the total algae culture volume and use two to five liters of the culture suspension to perform biomass productivity analysis in the laboratory, then process and convert the rest of the algae into the desired algal products. Here, a comparison between the sensor and laboratory measurements can be observed.Both breeding show similar trends with the data increasing as a function of time. Optical density values increase during the day, but decrease at night during respiration, indicating a change in biomass productivity, thus the integration of a real-time optical density sensor makes it possible to make effective management decisions about the overall algal production system. In this analysis, flue gas was injected from approximately 8:00 a.m.to 6:00 p.m. but was not injected between 6:00 p.m. and 8:00 a.m.This day/night cycle reflects the daylight sunlight exposure and the lack of light during the night, and consequently, the activation of photosynthesis or photorespiration respectively. As illustrated in this figure, as the algal grow rate increases, more flue gas is required, confirming that the on/off flue gas pulse injection system is effective at facilitating carbon capture and utilization through microalgae cultivation. Other physical chemical parameters can also be used to establish a correlation between the parameters and algal growth and productivity.It is important to make sure that the pH system is properly set up and that all of the sensors are calibrated before inoculating the raceway ponds with microalgae. Other methods that can be performed with the raceway pond while producing microalgae biomass include lipid, carbohydrate, or pigment extraction, ash-free dry weight measurements, and PCR quality monitoring.

Research

JoVE Journal

Environment

Methods for Performing Crosses in Setaria viridis, a New Model System for the Grasses

Methods for Performing Crosses in Setaria viridis, a New Model System for the Grasses

שיטות לביצוע צלבים ב<em&gt; Setaria viridis</em&gt;, מערכת דגם חדש לעשבים

Setaria viridis is an emerging model system for C4 grasses. It is closely related to the bioenergy feed stock switchgrass and the grain crop foxtail ...

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 ...

Single-plant, Sterile Microcosms for Nodulation and Growth of the Legume Plant Medicago truncatula with the Rhizobial Symbiont Sinorhizobium meliloti

Single-plant, Sterile Microcosms for Nodulation and Growth of the Legume Plant Medicago truncatula with the Rhizobial Symbiont Sinorhizobium meliloti

Single-צמח, סטרילי מיקרוקוסמוס לNodulation וצמיחה של צמח הקטניות<em&gt; Medicago truncatula</em&gt; עם סימביונט Rhizobial<em&gt; Sinorhizobium meliloti</em

Rhizobial  bacteria form symbiotic, nitrogen-fixing nodules on the roots of compatible host  legume plants.  One  of the most well-developed model systems ...

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

פרוטוקול ניסוי להטרוגניות קרקע מושרה צמח מניפולציה

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as ...

Modification and Application of a Leaf Blower-vac for Field Sampling of Arthropods

שינוי ויישום של VAC מפוח עלים עבור דגימת שדה של פרוקי רגליים

Rice fields host a large diversity of arthropods, but investigating their population dynamics and interactions is challenging. Here we describe the ...

Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions

Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions

מדידה של ראולוגיה של נפט גולמי שיווי משקל עם CO<sub&gt; 2</sub&gt; בתנאים מאגר

A rheometer system to measure the rheology of crude oil in equilibrium with carbon dioxide (CO2) at high temperatures and pressures is described. The ...

Continuous Hydrologic and Water Quality Monitoring of Vernal Ponds

רציף הידרולוגיה ומים איכות ניטור של בריכות סולט לייק סיטי

Vernal ponds, also referred to as vernal pools, provide critical ecosystem services and habitat for a variety of threatened and endangered species. ...

The Plant Infection Test: Spray and Wound-Mediated Inoculation with the Plant Pathogen Magnaporthe Grisea

The Plant Infection Test: Spray and Wound-Mediated Inoculation with the Plant Pathogen Magnaporthe Grisea

הבדיקה זיהום צמח: ריסוס, בתיווך הפצע חיסון עם הפתוגן של צמח Magnaporthe Grisea

Plants possess a powerful system to defend themselves against potential threats by pathogenic fungi. For agriculturally important plants, however, current ...

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 ...

High-throughput Siderophore Screening from Environmental Samples: Plant Tissues, Bulk Soils, and Rhizosphere Soils

תפוקה גבוהה Siderophore הקרנה מדגימות סביבתי: צמח רקמות תפזורת קרקעות, Rhizosphere קרקעות

Siderophores (low-molecular weight metal chelating compounds) are important in various ecological phenomenon ranging from iron (Fe) biogeochemical cycling ...