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

Este trabajo fue apoyado a través del proyecto Regional Algal Feedstock Testbed, Departamento de Energía de los Estados Unidos DE-EE0006269. También agradecemos a Esteban Jiménez, Jessica Peebles, Francisco Acedo, José Cisneros, RAFT Team, Mark Mansfield, el personal de la planta de energía de UA y el personal de la planta de energía TEP por toda su ayuda.

1. Sistema de crecimiento: configuración de estanque de pista de rodadura abierta al aire libre
<ol><li>Instale los estanques abiertos de la pista de rodadura cerca de la fuente de gases de combustión (que contienen 8-10% de CO2). Asegúrese de que el agua y la electricidad estén disponibles en la ubicación del reactor del estanque y que el reactor no esté a la sombra la mayor parte del día (Figura 1).</li>
	<li>Capture los gases de combustión durante el proceso de postco...

En este estudio, demostramos que el acoplamiento sinérgico de la captura de carbono de los gases de combustión y el cultivo de microalgas es posible en un clima semiárido caliente. El protocolo experimental para el sistema de estanques semiautomatizados de la pista de rodadura integra tecnología de vanguardia para monitorear parámetros relevantes en tiempo real que se correlacionan con el crecimiento de algas cuando se utiliza gas de combustión como fuente de carbono. El protocolo propuesto está destinado a reduci...

El calentamiento global es uno de los problemas ambientales más importantes que enfrenta el mundo hoyen día 1. Los estudios sugieren que la causa principal es el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), principalmente CO2, en la atmósfera debido a las actividades humanas 2,3,4,5,6,7. En los Estados Unidos, la mayor densidad de emisiones de CO2 se origina principalmente en la combustión de combustibles fósiles en el sector energético, específicamente en las plantas de generación de energía eléctrica 3,7,8,9. Así, las tecnologías de captura y utilización de carbono (CCU) se han convertido en una de las principales estrategias para reducir las emisionesde GEI 2,7,10. Estos incluyen sistemas biológicos que utilizan la luz solar para convertir el CO2 y el agua a través de la fotosíntesis, en presencia de nutrientes, en biomasa. Se ha propuesto el uso de microalgas debido a la rápida tasa de crecimiento, la alta capacidad de fijación de CO2 y la alta capacidad de producción. Además, las microalgas tienen un amplio potencial de bioenergía porque la biomasa se puede convertir en productos de interés, como los biocombustibles que pueden reemplazar a los combustibles fósiles 7,9,10,11,12.
Las microalgas pueden crecer y lograr la conversión biológica en una variedad de sistemas de cultivo o reactores, incluidos estanques abiertos de canales y fotobiorreactores cerrados 13,14,15,16,17,18,19. Los investigadores han estudiado las ventajas y limitaciones que determinan el éxito del bioproceso en ambos sistemas de cultivo, ya sea en condiciones interiores o exteriores 5,6,16,20,21,22,23,24,25 . Los estanques de canales abiertos son los sistemas de cultivo más comunes para la captura y utilización de carbono en situaciones en las que los gases de combustión se pueden distribuir directamente desde la chimenea. Este tipo de sistema de cultivo es relativamente barato, es fácil de escalar, tiene bajos costos de energía y tiene bajos requisitos de energía para la mezcla. Además, estos sistemas se pueden ubicar fácilmente con la planta de energía para hacer que el proceso de CCU sea más eficiente. Sin embargo, hay algunos inconvenientes que deben tenerse en cuenta, como la limitación en la transferencia de masa de gas / líquido CO2. Aunque existen limitaciones, los estanques de pista de rodadura abiertos se han propuesto como el sistema más adecuado para la producción de biocombustibles de microalgas al aire libre 5,9,11,16,20.
En este artículo, detallamos un método para el cultivo de microalgas en estanques abiertos que combina la captura de carbono del gas de combustión de una planta de energía de gas natural. El método consiste en un sistema semiautomatizado que controla la inyección de gases de combustión en función del pH del cultivo; el sistema monitorea y registra el estado del cultivo de Chlorella sorokiniana en tiempo real utilizando sensores de densidad óptica, oxígeno disuelto (DO), electroconductividad (EC) y temperatura del aire y del estanque. Los datos de biomasa de algas e inyección de gases de combustión son recopilados por un registrador de datos cada 10 minutos en las instalaciones de Tucson Electric Power. El mantenimiento de la cepa de algas, la ampliación, las mediciones de control de calidad y la caracterización de la biomasa (por ejemplo, la correlación entre la densidad óptica, g / L y el contenido de lípidos) se realizan en un entorno de laboratorio en la Universidad de Arizona. Un protocolo anterior describía un método para optimizar la configuración de los gases de combustión para promover el crecimiento de microalgas en fotobiorreactores a través de la simulación por computadora26. El protocolo presentado aquí es único en el sentido de que utiliza estanques de pista de rodadura abiertos y está diseñado para implementarse in situ en una planta de energía de gas natural con el fin de hacer un uso directo del gas de combustión producido. Además, las mediciones de densidad óptica en tiempo real son parte del protocolo. El sistema descrito está optimizado para un clima semiárido cálido (Köppen BSh), que exhibe baja precipitación, variabilidad significativa en la precipitación de un año a otro, baja humedad relativa, altas tasas de evaporación, cielos despejados e intensa radiación solar27.

<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

En los Estados Unidos, el 35% de las emisiones totales de dióxido de carbono (CO2) provienen de la industria de la energía eléctrica, de las cuales el 30% representa la generación de electricidad a gas natural. Las microalgas pueden biofijar el CO2 de 10 a 15 veces más rápido que las plantas y convertir la biomasa de algas en productos de interés, como los biocombustibles. Así, este estudio presenta un protocolo que demuestra las sinergias potenciales del cultivo de microalgas con una central eléctrica de gas natural situada en el suroeste de Estados Unidos en un clima cálido semiárido. Las tecnologías de vanguardia se utilizan para mejorar la captura y utilización de carbono a través de la especie de algas verdes Chlorella sorokiniana, que se puede procesar aún más en biocombustible. Describimos un protocolo que involucra un estanque de pista de rodadura abierto semiautomatizado y discutimos los resultados de su rendimiento cuando se probó en la planta de Tucson Electric Power, en Tucson, Arizona. El gas de combustión se utilizó como la principal fuente de carbono para controlar el pH, y se cultivó Chlorella sorokiniana . Se utilizó un medio optimizado para cultivar las algas. La cantidad de CO2 añadida al sistema en función del tiempo fue monitoreada de cerca. Además, se monitorearon otros factores fisicoquímicos que afectan la tasa de crecimiento de algas, la productividad de la biomasa y la fijación de carbono, incluida la densidad óptica, el oxígeno disuelto (DO), la electroconductividad (EC) y las temperaturas del aire y del estanque. Los resultados indican que se puede alcanzar un rendimiento de microalgas de hasta 0,385 g/L de peso seco libre de cenizas, con un contenido lipídico del 24%. Aprovechar las oportunidades sinérgicas entre los emisores de CO2 y los agricultores de algas puede proporcionar los recursos necesarios para aumentar la captura de carbono al tiempo que apoya la producción sostenible de biocombustibles y bioproductos de algas.

Los resultados experimentales previos de nuestro laboratorio indican que el cultivo de microalgas utilizando un estanque de raceway abierto semiautomatizado se puede combinar con procesos de captura de carbono. Para comprender mejor la sinergia entre estos dos procesos (Figura 2), desarrollamos un protocolo y lo adaptamos para cultivar la especie de algas verdes Chlorella sorokiniana en condiciones exteriores en un clima semiárido cálido. El gas de combustión de gas natural se ob...

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

Se describe un protocolo para utilizar el dióxido de carbono en el gas de combustión de la planta de energía de gas natural para cultivar microalgas en estanques abiertos de canales. La inyección de gases de combustión se controla con un sensor de pH, y el crecimiento de las microalgas se monitorea con mediciones en tiempo real de la densidad óptica.

Acoplamiento de la captura de carbono de una planta de energía con estanques de canales abiertos semiautomatizados para el cultivo de microalgas

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

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Los métodos para realizar cruces en<em&gt; Setaria viridis</em&gt;, Un nuevo sistema de modelo para las gramíneas

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 ...

Investigación

Medio ambiente

Analysis of Fatty Acid Content and Composition in Microalgae

Análisis de contenido de ácido graso y Composición en microalgas

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-plantas, Microcosmos estériles para nodulación y el crecimiento de la planta de la legumbre<em&gt; Medicago truncatula</em&gt; Con el Rhizobial Symbiont<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

Protocolo Experimental para la inducida por la planta Manipulación de la heterogeneidad del suelo

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

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

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Continuous Hydrologic and Water Quality Monitoring of Vernal Ponds

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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

La prueba de infección de planta: Spray y mediada por la herida la inoculación con el patógeno de planta 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

Cultivo de microalgas verdes en fotobiorreactores de columna de burbuja y un análisis de lípidos neutros

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

Pseudobactina high-throughput Screening de muestras ambientales: los tejidos, a granel suelos y rizosfera de suelos de la planta

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