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

Эта работа была поддержана в рамках регионального проекта по испытанию водорослевого сырья Министерства энергетики США DE-EE0006269. Мы также благодарим Эстебана Хименеса, Джессику Пиблз, Франсиско Аседо, Хосе Сиснероса, команду RAFT, Марка Мэнсфилда, сотрудников электростанции UA и сотрудников электростанции TEP за всю их помощь.

1. Система роста: открытые настройки пруда с открытой дорожкой для качения
<ol><li>Установите открытые пруды для качения рядом с источником дымовых газов (содержащих 8-10% CO2). Убедитесь, что вода и электричество доступны в месте расположения реактора пруда и что реактор не находится в ?...

В этом исследовании мы демонстрируем, что синергетическая связь улавливания дымовых газов и выращивания микроводорослей возможна в жарком полузасушливом климате. Экспериментальный протокол для полуавтоматизированной системы прудов для дорожек качения объединяет самые современные...

Глобальное потепление является одной из важнейших экологических проблем, с которыми сегодня сталкивается мир1. Исследования показывают, что основной причиной является увеличение выбросов парниковых газов (ПГ), главным образом CO2, в атмосферу в результате деятельности человека 2,3,4,5,6,7. В США наибольшая плотность выбросов CO2 происходит в основном от сжигания ископаемого топлива в энергетическом секторе, в частности электростанций 3,7,8,9. Таким образом, технологии улавливания и использования углерода (CCU) стали одной из основных стратегий сокращения выбросов ПГ 2,7,10. К ним относятся биологические системы, которые используют солнечный свет для преобразования CO2 и воды посредством фотосинтеза в присутствии питательных веществ в биомассу. Использование микроводорослей было предложено из-за быстрых темпов роста, высокой способности фиксации CO2 и высокой производственной мощности. Кроме того, микроводоросли обладают широким биоэнергетическим потенциалом, поскольку биомасса может быть преобразована в продукты, представляющие интерес, такие как биотопливо, которое может заменить ископаемое топливо 7,9,10,11,12.
Микроводоросли могут расти и достигать биологической конверсии в различных системах культивирования или реакторах, включая пруды с открытыми дорожками качения и закрытые фотобиореакторы 13,14,15,16,17,18,19. Исследователи изучили преимущества и ограничения, которые определяют успех биопроцесса в обеих системах культивирования, в закрытых или наружных условиях 5,6,16,20,21,22,23,24,25 . Пруды с открытыми дорожками качения являются наиболее распространенными системами культивирования для улавливания и использования углерода в ситуациях, когда дымовые газы могут распределяться непосредственно из дымовой трубы. Этот тип системы выращивания относительно недорог, легко масштабируется, имеет низкие затраты на энергию и имеет низкие потребности в энергии для смешивания. Кроме того, эти системы могут быть легко размещены вместе с электростанцией, чтобы сделать процесс CCU более эффективным. Однако существуют некоторые недостатки, которые необходимо учитывать, такие как ограничение массообмена co2 газ/жидкость. Несмотря на наличие ограничений, в качестве наиболее подходящей системы для производства биотоплива на открытом воздухе были предложены открытые пруды для качения 5,9,11,16,20.
В этой статье мы подробно расскажем о методе выращивания микроводорослей в прудах с открытыми дорожками качения, который сочетает в себе улавливание углерода из дымовых газов электростанции на природном газе. Метод состоит из полуавтоматизированной системы, которая управляет закачкой дымовых газов на основе рН культуры; система контролирует и регистрирует состояние культуры Chlorella sorokiniana в режиме реального времени с использованием датчиков оптической плотности, растворенного кислорода (DO), электропроводности (EC), а также температуры воздуха и пруда. Данные о закачке биомассы водорослей и дымовых газов собираются регистратором данных каждые 10 минут на объекте Tucson Electric Power. Поддержание штаммов водорослей, увеличение, измерения контроля качества и характеристика биомассы (например, корреляция между оптической плотностью, г / л и содержанием липидов) выполняются в лабораторных условиях в Университете Аризоны. В предыдущем протоколе был описан метод оптимизации настроек дымовых газов для стимулирования роста микроводорослей в фотобиореакторах с помощью компьютерного моделирования26. Протокол, представленный здесь, уникален тем, что он использует открытые пруды для качения и предназначен для реализации на месте на электростанции на природном газе, чтобы напрямую использовать производимый дымовой газ. Кроме того, измерения оптической плотности в режиме реального времени являются частью протокола. Описанная система оптимизирована для жаркого полузасушливого климата (Köppen BSh), который демонстрирует низкое количество осадков, значительную изменчивость осадков из года в год, низкую относительную влажность, высокую скорость испарения, чистое небо и интенсивную солнечную радиацию27.

<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

В Соединенных Штатах 35% от общего объема выбросов углекислого газа (CO2) приходится на электроэнергетику, из которых 30% представляют собой производство электроэнергии на природном газе. Микроводоросли могут биофиксироватьCO2 в 10-15 раз быстрее, чем растения, и преобразовывать биомассу водорослей в продукты, представляющие интерес, такие как биотопливо. Таким образом, в данном исследовании представлен протокол, демонстрирующий потенциальный синергизм выращивания микроводорослей с электростанцией на природном газе, расположенной на юго-западе США в жарком полузасушливом климате. Современные технологии используются для улучшения улавливания и использования углерода с помощью зеленых водорослей Chlorella sorokiniana, которые могут быть дополнительно переработаны в биотопливо. Мы описываем протокол, включающий полуавтоматический пруд с открытой дорожкой качения, и обсуждаем результаты его работы, когда он был протестирован на электростанции Tucson в Тусоне, штат Аризона. Дымовые газы использовались в качестве основного источника углерода для контроля рН, и культивировалась Chlorella sorokiniana . Оптимизированная среда использовалась для выращивания водорослей. Количество CO2 , добавляемого в систему в зависимости от времени, тщательно контролировалось. Кроме того, контролировались другие физико-химические факторы, влияющие на скорость роста водорослей, продуктивность биомассы и фиксацию углерода, включая оптическую плотность, растворенный кислород (DO), электропроводность (EC), а также температуру воздуха и пруда. Результаты показывают, что достижим выход микроводорослей до 0,385 г/л беззольной сухой массы с содержанием липидов 24%. Использование синергетических возможностей между источниками выбросовCO2 и фермерами, выращивающими водоросли, может обеспечить ресурсы, необходимые для увеличения улавливания углерода, поддерживая при этом устойчивое производство биотоплива и биопродуктов из водорослей.

Предыдущие экспериментальные результаты нашей лаборатории показывают, что выращивание микроводорослей с использованием полуавтоматизированного пруда с открытой дорожкой качения может сочетаться с процессами улавливания углерода. Чтобы лучше понять синергию между этими двумя проц...

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

Описан протокол использования углекислого газа в дымовых газах электростанций природного газа для выращивания микроводорослей в открытых прудах. Впрыск дымовых газов контролируется с помощью датчика pH, а рост микроводорослей контролируется с помощью измерений оптической плотности в режиме реального времени.

Соединение улавливания углерода с электростанции с полуавтоматизированными прудами с открытыми дорожками для выращивания микроводорослей

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

Методы Выполнение Кресты в<em&gt; Setaria виридис</em&gt;, Система Новая модель для трав

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

Анализ жирных кислот содержание и состав микроводорослей

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

Одно-растений, Стерильные Микрокосмы для нодуляции и рост бобовых растений<em&gt; Люцерна truncatula</em&gt; С ризобиальных симбионта<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

Экспериментальный протокол для работы с завод-индуцированной неоднородности почвы

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

Модификация и применение листа Blower-Vac для отбора проб на местах членистоногих

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

Измерение реологии сырой нефти в равновесии с CO<sub&gt; 2</sub&gt; В условиях водохранилища

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

Непрерывная гидрологических и весеннего прудов мониторинг качества воды

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

Завод инфекции тест: Спрей и Рана опосредованной прививка с завода возбудителя Magnaporthe мурены

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

Выращивание зеленых микроводорослей в фотобиореакторах колонки пузыря и Assay для нейтральные липиды

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

Высок объём Siderophore скрининг от проб окружающей среды: растительных тканей, сыпучих грунтов и ризосфере почвы

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