Summary
En protokol er beskrevet for at udnytte kuldioxiden i naturgas kraftværk røggas til at dyrke mikroalger i åbne raceway damme. Røggasinjektion styres med en pH-sensor, og mikroalgevæksten overvåges med realtidsmålinger af optisk densitet.
Abstract
I USA kommer 35% af de samlede kuldioxidemissioner (CO2) fra elindustrien, hvoraf 30% repræsenterer naturgas elproduktion. Mikroalger kan biofiksere CO2 10 til 15 gange hurtigere end planter og omdanne algebiomasse til produkter af interesse, såsom biobrændstoffer. Denne undersøgelse præsenterer således en protokol, der demonstrerer de potentielle synergier ved dyrkning af mikroalger med et naturgaskraftværk beliggende i det sydvestlige USA i et varmt halvtørt klima. State-of-the-art teknologier bruges til at forbedre kulstofopsamling og -udnyttelse via den grønne algeart Chlorella sorokiniana, som kan videreforarbejdes til biobrændstof. Vi beskriver en protokol, der involverer en halvautomatiseret åben racewaydam og diskuterer resultaterne af dens ydeevne, da den blev testet på Tucson Electric Power Plant i Tucson, Arizona. Røggas blev brugt som den vigtigste kulstofkilde til at kontrollere pH, og Chlorella sorokiniana blev dyrket. Et optimeret medium blev brugt til at dyrke algerne. Mængden af CO2, der blev tilsat systemet som funktion af tiden, blev nøje overvåget. Derudover blev andre fysisk-kemiske faktorer, der påvirker algevæksthastigheden, biomasseproduktiviteten og kulstoffiksering, overvåget, herunder optisk densitet, opløst ilt (DO), elektroledningsevne (EC) og luft- og damtemperaturer. Resultaterne indikerer, at et mikroalgeudbytte på op til 0,385 g / L askefri tørvægt er opnåeligt med et lipidindhold på 24%. Udnyttelse af synergistiske muligheder mellem CO2 - udledere og algebønder kan tilvejebringe de ressourcer, der er nødvendige for at øge kulstofopsamlingen og samtidig støtte den bæredygtige produktion af algebiobrændstoffer og bioprodukter.
Introduction
Global opvarmning er et af de vigtigste miljøproblemer, som verden står over for i dag1. Undersøgelser tyder på, at den væsentligste årsag er stigningen i drivhusgasemissionerne, hovedsagelig CO2, i atmosfæren på grund af menneskelige aktiviteter 2,3,4,5,6,7. I USA stammer den største tæthed af CO2 -emissioner hovedsageligt fra forbrænding af fossile brændstoffer i energisektoren, specifikt elproduktionsanlæg 3,7,8,9. Således er co2-opsamlings- og udnyttelsesteknologier (CCU) opstået som en af de vigtigste strategier for at reducere drivhusgasemissioner 2,7,10. Disse omfatter biologiske systemer, der udnytter sollys til at omdanne CO2 og vand via fotosyntese, i nærværelse af næringsstoffer, til biomasse. Brugen af mikroalger er blevet foreslået på grund af den hurtige vækstrate, høje CO2 -fikseringsevne og høj produktionskapacitet. Derudover har mikroalger et bredt bioenergipotentiale, fordi biomassen kan omdannes til produkter af interesse, såsom biobrændstoffer, der kan erstatte fossile brændstoffer 7,9,10,11,12.
Mikroalger kan vokse og opnå biologisk omdannelse i en række dyrkningssystemer eller reaktorer, herunder åbne racewaydamme og lukkede fotobioreaktorer 13,14,15,16,17,18,19. Forskere har undersøgt de fordele og begrænsninger, der bestemmer bioprocessens succes i begge dyrkningssystemer, under enten indendørs eller udendørs forhold 5,6,16,20,21,22,23,24,25 . Åbne racewaydamme er de mest almindelige dyrkningssystemer til kulstofopsamling og -udnyttelse i situationer, hvor røggas kan fordeles direkte fra stakken. Denne type dyrkningssystem er relativt billigt, er let at opskalere, har lave energiomkostninger og har lave energikrav til blanding. Derudover kan disse systemer let placeres sammen med kraftværket for at gøre CCU-processen mere effektiv. Der er dog nogle ulemper, der skal overvejes, såsom begrænsningen i CO2 -gas / flydende masseoverførsel. Selvom der er begrænsninger, er åbne racewaydamme blevet foreslået som det mest egnede system til udendørs produktion af mikroalgebiobrændstof 5,9,11,16,20.
I denne artikel beskriver vi en metode til dyrkning af mikroalger i åbne raceway-damme, der kombinerer kulstofopsamling fra røggassen fra et naturgaskraftværk. Metoden består af et halvautomatisk system, der styrer røggasindsprøjtningen baseret på kulturens pH-værdi; systemet overvåger og registrerer Chlorella sorokiniana-kulturstatus i realtid ved hjælp af optisk densitet, opløst ilt (DO), elektroledningsevne (EC) og luft- og damtemperaturfølere. Algebiomasse og røggasindsprøjtningsdata indsamles af en datalogger hvert 10. minut på Tucson Electric Power-anlægget. Algestammevedligeholdelse, opskalering, kvalitetskontrolmålinger og biomassekarakterisering (f.eks. Korrelation mellem optisk densitet, g / L og lipidindhold) udføres i en laboratorieindstilling ved University of Arizona. En tidligere protokol skitserede en metode til optimering af røggasindstillinger for at fremme mikroalgevækst i fotobioreaktorer via computersimulering26. Protokollen, der præsenteres her, er unik, fordi den bruger åbne raceway-damme og er designet til at blive implementeret på stedet på et naturgaskraftværk for at gøre direkte brug af den producerede røggas. Derudover er optiske densitetsmålinger i realtid en del af protokollen. Systemet som beskrevet er optimeret til et varmt halvtørret klima (Köppen BSh), som udviser lav nedbør, betydelig variation i nedbør fra år til år, lav relativ luftfugtighed, høje fordampningshastigheder, klar himmel og intens solstråling27.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Vækstsystem: udendørs åbne raceway dam indstillinger
- Opsæt de åbne væddeløbsbanedamme tæt på røggaskilden (indeholdende 8-10% CO2). Sørg for, at der er vand og elektricitet til rådighed på damreaktorens placering, og at reaktoren ikke er i skyggen størstedelen af dagen (figur 1).
- Opsaml røggas under efterforbrændingsprocessen ved hjælp af en 0,95 cm brændstofslange, få meter før røggassen kommer ind i stakken for at blive udledt i atmosfæren (figur 2).
- Fjern vand fra røggassen ved hjælp af en 20 L vandlås og en kondensator (spolelængde ~ 12 m) mellem stakken og kompressoren (figur 2).
BEMÆRK: Røggas indeholder typisk ca. 9\u201213,8% vand28. Derudover afkøler kondensatoren og rørledningen røggassen16. - Tilslut følgende sensorer til en datalogger for at overvåge algevækst: (1) en optisk densitetssensori realtid 29, som måler absorbans ved to bølgelængder - 650 og 750 nm - og kan detektere en maksimal algecellekoncentration på 1,05 g / l; (2) en DO-sensor; 3) termoelementer i luft og dam 4) en pH-sensor og (5) en EC-sensor.
BEMÆRK: Derudover er pH- og EC-sensorerne forbundet til en transmitter. Konfigurationen af dataloggerenheden er vist i figur 3. - Sørg for, at alle komponenter i algevækstsystemet er kalibreret og fungerer korrekt inden podning.
2. pH-kontrolsystem
- Administrer røggasindsprøjtning ved hjælp af en kompressor, et reguleringsventilsystem og dataloggerprogrammet, som vist i figur 2 og figur 3 (Supplerende materiale A).
- Brug et rør til at lede røggassen fra kontrolventilen til bunden af racewaydammen gennem en stendiffusor.
- Indsprøjt røggassen i vækstsystemet baseret på pH. Når pH-værdien er større end 8,05, vil systemet injicere røggas, mens systemet, når pH-værdien er mindre end 8,00, stopper røggasindsprøjtningen i perioder uden vækst. Strømningshastigheden måles i standard liter pr. Minut (SLPM).
BEMÆRK: I kontrolventilen er indløbsrøggastrykket begrænset til maksimalt 50 psi.
3. Algevalg og belastningsvedligeholdelse (lys og temperatur)
BEMÆRK: Grønalgerne Chlorella sorokiniana DOE 1412 blev isoleret af Juergen Polle (Brooklyn College)30,31 og udvalgt af National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts (NAABB); dens udvælgelse var baseret på de tidligere belastningskarakteriseringsundersøgelser udført af Huesemann et al.32,33 . Deres forskning vedrørende algescreening, biomasseproduktivitet og klimasimuleret dyrkning (f.eks. Temperatur og lys) i den sydvestlige region ved brug af udendørs åbne racewaydamme informerede den metode, der blev anvendt i dette projekt.
- Vedligehold kulturer ved stuetemperatur (25 °C) ved hjælp af en 12 timer/12 timer lys/mørk cyklus.
- Hold lysintensiteten på 200 μM/m2/s til vedligeholdelse af dyrkning dyrket på plader og i små flydende kulturer (50 ml til 500 ml).
- Hold lysintensiteten for opskalering dyrket i flydende kulturer 50 ml til 500 ml ved 400 μM / m2 / s og flydende kulturer 5 L til 20 L ved 600 \ u2012800 μM / m2 / s.
4. Opskalering og kvalitetskontrol
- BG11-dyrkningsmediet fremstilles ved hjælp af deioniseret vand og følgende salte til makronæringsstoffer i g/L: 1,5 NaNO3, 0,04 K2HPO4, 0,075 MgSO4*H20, 0,036 CaCl2*H20, 0,006 (NH4)5Fe(C6H4O7)2, 0,006 Na2EDTA*2H20, 0,02 Na2CO3; Der tilsættes 1 ml/l sporstofopløsning, som indeholder følgende mikronæringsstoffer i g/L: 2,86 H3BO3, 1,81 MnCl2*4H2O, 0,22 ZnSO4*7H2O, 0,39 Na2MoO4*2H20, 0,079 CuSO4*5H2O, 0,0494 Co(NO3)2*6H2O.
BEMÆRK: Til pladepodning og/eller langtidsopbevaring tilsættes 7,5 g/l Bacto agar; til kulturpodning er der ikke behov for tilsætning af agar. Steriliser kulturmediet i autoklaven i 21 minutter ved 121 °C. - Hæld BG11-mediet med agar i petriskåle i en steril laminær flowhætte eller biosikkerhedsskab. Når pladerne er faste og kølige, pipetteres 500 μL fra en genopstæmmet frossen algekultur, og Ampicillin tilsættes (100 μg/ml); inkubere algepladerne i et rystebord (120 o / min) i 1 til 2 uger.
- Brug en steril sløjfe til at vælge en enkelt algekoloni fra en kulturplade og inokulere den i et 50 ml rør indeholdende sterilt vækstmedium i et rent biosikkerhedsskab. Dyrk den lille flydende kultur på et rystebord (120 o / min) i en uge.
- Overfør 50 ml algekultur (lineær vækstfase, OD750nm ≥ 1) til en 1 L kolbe med 500 ml flydende medium. Hver kolbe monteres med en gummiprop og rør i rustfrit stål for at give beluftning. Filtrer luften ved hjælp af 0,2 μm luftsteriliseringsfiltre. Lad kulturen vokse i en til to uger. Overvåg celletætheden ved hjælp af et spektrofotometer (OD750nm).
- Anbring den flydende kultur på 500 ml i en 10 L carboy indeholdende 8 L ikke-sterilt dyrkningsmedium, og injicer en blanding af 5% CO2 og 95% luft. Dyrk derefter alger under de samme betingelser som i trin 4.4.
- Overvåg lagerplade og flydende kulturer (i trin 4.2\u20124.5) en gang om ugen. Tag en alikvote og observer den under mikroskopet ved 10x og 40x forstørrelse for at sikre væksten af den ønskede stamme. Bevarede kulturer, indtil de er blevet kompromitteret eller brugt til eksperimenter. Kassér forurenede kulturer.
5. Koncentreret medium forberedelse til dyrkning af åben dam
- Til fremstilling af sporstofopløsning fyldes delvis en 1 L målekolbe med destilleret vand (DW). Indsæt en magnetisk omrøringsstang, og tilsæt kemikalierne vist i tabel 1 sekventielt. Sørg for, at hver ingrediens opløses inden tilsætning af den næste bestanddel. Fjern magneten, og fyld kolben til volumenmærket 1 L.
- Fyld en 1 L glasflaske delvist med DW og indsæt den magnetiske omrøringsstang. Placer beholderen oven på en magnetisk omrørerplade, og tilsæt kemikalierne til reaktorens endelige volumen, tilsæt dem sekventielt, så hver enkelt opløses fuldt ud. Tabel 2 viser kemikalierne til fremstilling af 1 liter medium, så multiplicer alle værdierne med reaktorens endelige volumen. Fyld glasflasken til 1 L.
6. Udendørs åben raceway dam podning
- Rengør reaktoren grundigt med 30% blegemiddel før hver podning og efter høst. Det anbefales at forlade blegemidlet natten over. Skyl reaktoren godt for at fjerne alt blegemiddel.
- Kalibrer alle sensorer før algepodning i henhold til deres tilsvarende kalibreringsprocedure.
- Fortynd det koncentrerede medie (i trin 5) ved hjælp af vandkilden ved at fylde racewaydammen op til 80%.
- Inokuler reaktoren ved hjælp af en 10 L carboy fyldt med alger (lineær vækstfase OD750nm > 2) og bring den til sit endelige volumen.
- Akklimatisere mikroalger ved delvist at skygge racewaydammen med træpaller i ~ 3 dage (figur 4), når den eksponentielle fase er gået, som en tilpasningsstrategi for at undgå fotoinhibition.
BEMÆRK: Denne periode vil også give mikroalgerne tid til at tilpasse sig den stress, der er forårsaget af den direkte indsprøjtning af røggas.
7. Batchvæksteksperiment på produktionsstationen
- Undersøg og registrer alle daglige variationer, herunder vandfordampning, padlehjulsmotor, sensorfunktionalitet og alt ud over det sædvanlige.
- Tøm og inspicer kompressoren og vandlåsen hver dag for at fjerne overskydende vand for at minimere korrosion, da røggas er stærkt ætsende34.
- Konfigurer dataloggeren til at scanne hver sensormåling hver 10. s. og til at gemme de gennemsnitlige data hvert 10. minut. Disse omfatter DO, pH, EC, optisk densitet i realtid samt luft- og reaktortemperatur.
8. Diskret prøveudtagning og overvågning
- Sørg for, at vandstanden forbliver konstant ved reaktorens endelige volumen, ellers vil den optiske densitetsmåling blive påvirket.
- Efter genopfyldning af vand i reaktoren skal du tage en 5 ml prøve til cellemassemålinger ved optisk densitet (540, 680 og 750 nm) ved hjælp af et ultraviolet-synligt spektrofotometer. Gentag processen dagligt.
- Tag en prøve på 500 ml tre gange om ugen til mikroskopobservationer og biomassekoncentration baseret på askefri tørvægt (AFDW).
- Udfør mikroskopobservationer med 10x og 40x objektivobjektiver. Derudover anvendes disse mikroskopforstørrelser som en del af algekvalitetskontroln beskrevet i trin 4.6.
- Brug 400 ml af prøven i trin 8.3 til AFDW
- Sæt hvert glasmikrofiberfilter i porestørrelse på 0,7 μm i en aluminiumsfoliebakke, og forbehandl hver aluminiumsfoliebakke/-filter ved hjælp af en ovn i 4 timer ved 540 °C.
- Mærk hver aluminiumsfoliebakke med en blyant nr. 2, registrer dens vægt (A), og læg den i vakuumfilterapparatet.
- Algeprøven omrøres kraftigt, inden der måles et volumen, der skal filtreres. Filtrer nok algeprøve til at give en vægtforskel før / efter aske på mellem 8 og 16 mg. Vælg en vægtforskel, der skal bruges i løbet af eksperimentet, og hold denne værdi konstant.
- Hvert filter, der indeholder algeprøven, anbrings i foliebakken i ovnen ved 105 °C i mindst 12 timer.
- Fjern foliebakken/filteret fra tørreovnen, og læg det i en glasskrækator for at forhindre vandoptagelse. Optag hver foliebakke/filtervægt (B).
- Anbring foliebakken/filteret i 540 °C lyddæmpningsovnen i 4 timer.
- Sluk for lyddæmpningsovnen, køl foliebakker/filtre ned, anbring dem i tørremaskinen, og registrer hver foliebakke/filtervægt (C).
- Beregn AFDW ved hjælp af gravimetrisk analyse:
% AFDW= C – A x 100 / B
- Hold 2 liter alger før høst til mikrobølgeassisteret ekstraktion (MAE) lipidekstraktionsanalyse ved hjælp af opløsningsmidler.
- Centrifugering af algeprøven ved en relativ centrifugalkraft (RFC) på 4.400 x g i 15 min. Tag algepillen og tør den med en ovn ved 80 °C i mindst 24 timer.
- Algeprøven formales, og algepulveret vejes (anbefalet biomasse varierer fra 0,3 g til 0,5 g).
- Tilsæt algepulveret (tør algebiomasse) i mikrobølgeaccelerationssystemet (MARS) Xpress-kar, tilsæt 10 ml chloroform:methanol (2:1, v/v) opløsningsmiddel under emhætten, luk karrene, og lad det stå natten over.
- Anbring beholderne i MARS-maskinen ved hjælp af opløsningsmiddelsensoren i 60 minutter ved 70 °C og 800 W effekt.
- Tag fartøjer ud af MARS og lad dem køle af under emhætten.
- Brug en tragt og glasuld til at adskille den flydende del, der indeholder chloroform, methanol og lipider ved at overføre hver flydende prøve til et forvejet glas reagensglas og holde de faste stoffer (biomasse fri for lipider) til andre analyser.
- Tag reagensglassene, der indeholder lipiderne, til nitrogenfordamperen, fjern dem, når væsken er fordampet, og lad derefter rørene stå natten over under emhætten for at sikre fuldstændig tørhed.
- Beregn lipidindhold (wt. %) ved hjælp af gravimetrisk analyse:
Lipidindhold (wt. %) = Tør biomasse af lipider x 100/ Tør algemasse
9. Algehøst og sædskifte
- Høst 75% af det samlede algekulturvolumen, når kulturen er tæt på at nå den stationære fase. Tag 2\u20125 L kultur for at udføre biomasseproduktivitetsanalyser i laboratoriet. Behandl og omdannelse af resten af algerne til de ønskede algeprodukter.
- Gendyrk den åbne raceway dam ved at bruge de 25% alger, der er tilbage som inokulum. Tilsæt vand op til 80% af den samlede reaktors volumen, tilsæt det koncentrerede medie, og afslut derefter påfyldningen op til reaktorens endelige volumen, hvis det er nødvendigt.
- Dyrk den passende algestamme i henhold til sæsonen, baseret på temperatur- og lysintensitetsforhold.
10. Datastyring
- Registrer data i dataloggeren, og indsaml dem til analyse som i trin 7.3.
- Overvej at gemme rå og analyserede data i regional alge feedstock Testbed (RAFT) share drive. RAFT-projektets samarbejdspartnere bidrager med deres data for at simulere og modellere algeproduktivitet og validere udendørs dyrkning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tidligere eksperimentelle resultater fra vores laboratorium indikerer, at dyrkning af mikroalger ved hjælp af en halvautomatiseret åben racewaydam kan kombineres med kulstofopsamlingsprocesser. For bedre at forstå synergien mellem disse to processer (figur 2) udviklede vi en protokol og skræddersyede den til dyrkning af den grønne algeart Chlorella sorokiniana under udendørs forhold i et varmt halvtørret klima. Naturgas røggas blev opnået fra et industrielt kraftværk. Denne protokol anvender forskellige teknologier til at vurdere algebiomassens produktivitet: (1) algevækst ved hjælp af en optisk densitetssensor i realtid (figur 5); 2) algevækst med hensyn til røggas on-off-pulsinjektioner i kulturen som funktion af pH (figur 6 og figur 7) og (3) algevækstkorrelationer med miljøparametre såsom temperatur, opløst ilt og elektroledningsevne (figur 8 og figur 9).
Vi tester en optisk densitetssensor i realtid, der overvåger algevækst og fysiologisk dynamik. Denne sensor gjorde det muligt for os via laboratoriekorrelation at etablere den tilsvarende askefri tørvægtsbiomasse (g / L). Figur 5 viser en sammenligning mellem sensoren og laboratoriemålingerne. Begge aflæsninger viser lignende tendenser, der stiger som en funktion af tiden. In situ-sensoraflæsningerne kan dog spore algevækstcyklussen dag / nat. Nævnte cyklus viser, at de optiske densitetsværdier stiger i løbet af dagen, men falder om natten under åndedræt, hvilket indikerer en ændring i biomasseproduktiviteten. Integrationen af den optiske densitetssensor i realtid gør det muligt at træffe effektive styringsbeslutninger om det samlede algeproduktionssystem.
Vi anvender et halvautomatisk on-off røggaspulsindsprøjtningssystem, som i figur 6 er repræsenteret ved en 24 timers røggasindsprøjtningscyklus målt i en særlig varm efterårssæson i Tucson, AZ. Som vist i figur 6 blev røggas injiceret fra ca. kl. 8 til 18 (daglig periode), men blev ikke injiceret mellem kl. 18.00 og 08.00 (natlig periode). Denne dag / nat-cyklus afspejler den daglige sollyseksponering og manglen på lys om natten og følgelig aktiveringen af henholdsvis fotosyntese eller fotorespiration. Figur 7 viser den kumulative røggas, der injiceres (L) under denne algebatch. I dette tilfælde blev 6.564 l røggas, svarende til 538 L CO2, anvendt til at dyrke 0,29 g algebiomasse. Grafen viser, at efterhånden som algevæksten steg, var der behov for mere røggas (CO2) (figur 6). Forsøgsresultaterne har bekræftet, at on-off røggaspulsindsprøjtningssystemet er effektivt til at lette kulstofopsamling og -udnyttelse gennem dyrkning af mikroalger.
Vi måler og overvåger andre fysisk-kemiske parametre for at etablere en sammenhæng mellem dem og algevækst og produktivitet (figur 8 og figur 9). De målte miljøparametre var opløst ilt, elektroledningsevne (EC) og både luft- og damtemperaturer. Som forventet viste alle parametre, undtagen EC, lignende tendenser, der var stærkt korrelerede med solstråling. Resultaterne tyder på, at disse miljøvariabler havde den væsentligste indvirkning på algevæksten og anvendes til algebiomassemodellering35. Kommissionen ændrede sig ikke væsentligt under batchprocessen. Den gav således ingen relevante oplysninger om algevækst. Til dyrkning af Chlorella sorokiniana ved hjælp af ikke-saltvand kan EF-målinger udelades.
Figur 1: Pilotsted ved Tucson Electric Power til kobling af kulstofopsamling fra kraftværker og halvautomatiserede åbne damreaktorer til dyrkning af mikroalger. De to steder er repræsenteret af: 1) Alger Site U3 (enhed 3) og 2) Alger Site U4 (enhed 4) fotokredit: Jose Manuel Cisneros Vazquez. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Procesflowdiagram til kobling af kulstofopsamling og halvautomatiserede åbne racewaydamme til dyrkning af mikroalger i et varmt halvtørret klima. (A) Open Raceway Paddlewheel design; B) Et reelt forsøgsanlæg (C) Proces: kobling af CO2-opsamling og dyrkning af mikroalger modificeret fra Van Den Hende28. Legender: T = Temperatur; DO = Opløst ilt; OD = Optisk densitet; EC = Elektrisk ledningsevne; Datalogger. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Skematisk repræsentation af sensoropsætning. (A) Repræsentation af de samlede udendørs åbne damsensorer, der er oprettet, hvor CV1 og CV2 er kontrolventilerne, DL er dataloggeren, og T1 og T2 er transmitterne. B) Repræsentation af en reguleringsventil. C) repræsentation af sensorernes forbindelse til dataloggeren mørkeblå cirkel: optisk densitet i realtid, orange trekant: pH og EC, sort trekant: termoelementer, rød trekant: opløst ilt, lyseblå: kontrolventil. D) pH- og EF-transmitter. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Alger under akklimatiseringsprocessen. Mikroalger akklimatiseringsstrategi ved hjælp af træpaller i den eksponentielle fase. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 5: Repræsentation af algevækstovervågning. A) Graf for AFDW-biomassekoncentration (g/L) i forhold til laboratoriemålingstidspunktet B) Graf for korrelation mellem optisk densitetssensor og laboratoriemålinger ved 650 nm og (C) graf for optisk densitetssensor i realtid vs. tid for en eksperimentel batch. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 6: Graf for tænd/sluk-røggaspulsinjektion som en flektion af pH. Dataloggeren blev sat op til at starte røggasindsprøjtning (styret ventil tændt) ved pH = 8,05 og til at afslutte røggasindsprøjtning (kontrolleret ventil slukket) ved pH = 8,00. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 7: Graf for algevækst (g/L), mængden af indsprøjtet røggas og mængden af CO2, der injiceres som funktion af tiden.
Figur 8: Repræsentation af temperaturovervågning. Legender: fast gul linje = raceway dam reaktortemperatur; solid grå linje = lufttemperatur; og stiplet blå linje = AZMET-stationstemperatur (Arizona Meteorological Network). Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 9: Overvågning af algevækstparametre. Legender: orange fast linje = solstråling; grå fast linje = elektroledningsevne (EC); og gul fast linje = opløst ilt (DO). Klik her for at se en større version af denne figur.
| Komponenter | Koncentration i opløsning (g/L) |
| H3BO3 | 0.00286 |
| MnCl2·4H2O | 0.00181 |
| ZnSO4·7H2O | 0.0001373 |
| Na2MoO4·2H2O | 0.00039 |
| CuSO4·5H2O | 0.000079 |
| Co(NO3)2·6H2O | 0.00005518 |
| NiCl2·6H2O | 0.0001 |
Tabel 1: Opskrift på sporstofferopløsning.
| Komponenter | Almindeligt navn | Koncentration i opløsning (g/L) |
| (NH2) 2 CO | Urinstof | 0.1 |
| MgSO4·7H2O | Magnesiumsulfat | 0.012 |
| NH4H2PO4 | Ammoniumphosphat | 0.035 |
| KCl | Potaske | 0.175 |
| FeCl3 | Ferric Citrat (Citraplex) | 0.005423 |
| Spormetalopløsning | Volumen på 1000x mikroer (ml) | 1 |
Tabel 2: Optimeret medieopskrift til 1 L.
Supplerende kodningsfiler. Klik her for at downloade denne fil.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I dette studie demonstrerer vi, at synergistisk kobling af røggaskulstofopsamling og dyrkning af mikroalger er mulig i et varmt halvtørt klima. Den eksperimentelle protokol for det halvautomatiske raceway damsystem integrerer state-of-the-art teknologi til at overvåge relevante parametre i realtid, der korrelerer med algevækst, når man bruger røggas som kulstofkilde. Den foreslåede protokol har til formål at mindske usikkerheden ved algedyrkning, hvilket er en af de største ulemper ved væddeløbsbanedamme 20,21,36. Det er vores erfaring, at protokollens mest kritiske trin involverer pH-kontrolsystemet og en effektiv metode til at inokulere systemet (figur 2). pH-styresystemet leverer røggas/CO2 og repræsenterer en strategi for at optimere effektiviteten i CO2-opsamling og -udnyttelse (figur 3)37. Dette kontrollerede system har vist sig at være mere effektivt end et kontinuerligt injektionssystem til dyrkningsprocessen for mikroalger, fordi det reducerer afgasning, samtidig med at det leverer nok røggas til at opnå den maksimale algevækstrate20,37. Når røggasindsprøjtningen er baseret på pH, er en nøglefaktor for algedyrkning at vælge en passende pH-værdi for mikroalgearterne, inden racewaydammeninokuleres 38,39. Qiu et al.40 fandt, at en pH-værdi på 8 er den bedste for ferskvandsarten Chlorella sorokiniania, når man overvejer cellevækst og lipidproduktion40. Molina Grima et al.41 anbefaler desuden en pH under 8 for at reducere kvælstoftabet og opnå bedre kvælstofoptagelse med mikroalgerne/biomassen41. Yuvraj et al.42 antyder imidlertid, at pH ikke er en passende metode til at evaluere CO2 -indholdet i vandet på grund af virkningen af kvælstofgødning på mediets surhedsgrad42. Vores resultater viser, at pH effektivt kan bruges til at styre CO2 -injektion for det system, der præsenteres her (figur 6); vores røggasindsprøjtningsstyring, som holdt kulturen ved pH 8, resulterede i høje biomasseudbytter og replikabilitet (figur 7).
Efter podning skal algerne akklimatisere sig til systemet for at undgå fotoinhibition og for at tilpasse sig racewaymediets høje temperatur. I dette varme halvtørre klima har vi observeret algefotoinhibition på grund af høj solstråling 39,43,44 (figur 9). Denne effekt kan ikke kun forsinke, men også hæmme mikroalger podning under den eksponentielle fase 32,35,45,46,47. For at reducere akklimatiseringens indvirkning på mikroalgerne designede vi en vellykket og gennemførlig strategi, der bestod i delvist at skygge racewaydammen med træpaller. Denne strategi gør det muligt at udsætte mikroalgerne gentagne gange, men i korte perioder for solforholdene. En anden stressfaktor er røggassens høje temperatur og den omgivende luft 33,48 (figur 8). Røggastemperaturen er ret høj i efterforbrændingsfasen 10,48,49. Udnyttelse af røggassen ved direkte at injicere den fra den afsendte rørledning i raceway-dammen kan bidrage til yderligere at øge mediets temperatur. Derfor vil en kondensator efterfulgt af en vandlås placeret før kompressoren ikke kun reducere varmeoverførslen, men også mængden af vand, der når kompressoren (figur 2). Vi fandt ud af, at begge enheder var nødvendige for at reducere kompressorfejlfrekvensen. Derudover skal fugtighed, røggastemperatur og røggassens ætsende karakter tages i betragtning ved estimering af kompressorens livscyklus og vedligeholdelse. Desuden forårsager høje temperaturer højere fordampningshastigheder.
Denne protokol er underlagt visse begrænsninger. Ifølge figur 6 var reguleringsventilen ikke i stand til at injicere nok røggas, da fotosyntesen var på sit højeste. Denne effekt kan tilskrives lav masseoverførsel fra den gasformige til den flydende fase på grund af reaktordesignet 5,16,50,51. Mendoza et al.36,52 og de Godos et al.16 udtalte, at racewaydamme har en dårlig gas/flydende masseoverførsel, hvilket repræsenterer en af de mest alvorlige designbegrænsninger 16,36,52. Deres lavkanaldesign begrænser CO2 -masseoverførslen på grund af det korte grænsefladeområde mellem gassen og kulturmediet, hvilket forårsager en stigning i CO2 -afgasning (figur 2). Således er der foreslået anordninger og nye konfigurationer for at øge kontakttiden mellem gas og væske, herunder sumpe, blandesøjler, permeabel silikone og sparging-diffusionssystemer 36,52,53. Alle disse systemer er blevet brugt i et forsøg på at forbedre CO2 -masseoverførslen; nogle af disse systemer forbedrer imidlertid også næringsstoffordelingen, kontrollerer pH og fjerner overskydendeO2 5,24,36,52. Endelig er afbrydelser andre begrænsninger, der kan opstå, når man fanger og udnytter ægte røggas fra et kraftværk. Disse afbrydelser er ikke altid planlagt. Derfor bør midlertidige alternative kilder til CO2 overvejes, f.eks. flytning eller tilslutning af CO2 -hovedledningen til flere kraftenheder (figur 1).
Evnen til at producere mikroalger med denne protokol understøttes af vores resultater om algeproduktivitet (figur 5), algeresponser på de valgte parametre (figur 6, figur 8, figur 9) og vellykket dyrkning af de ønskede algearter, når de næres ved direkte røggasinjektion. Åbne reaktorer er billigere at drive, og derfor bygger denne protokol på deres styrker for at fremskynde kommerciel implementering af denne form for kulstofopsamling og udnyttelse 16,20,54,55,56. Dette varme halvtørre område oplever høj solstråling og betydelige temperaturudsving året rundt (figur 8 og figur 9)57; derfor er det et førsteklasses sted at teste denne form for protokol. Den optiske densitetssensor leverede konsistente OD-aflæsninger til vores udendørs åbne system (figur 5); denne type dataindsamling ville være upraktisk ved hjælp af andre sensorer. Sensorerne reagerede også godt på de betydelige temperaturvariationer fra dag til nat (figur 8), hvilket gjorde det muligt for os at træffe rettidige beslutninger om algeproduktivitet29. Desuden har det foreslåede optimerede medium den kritiske fordel, at det er baseret på handelsgødning og let tilgængelige næringskilder58 (tabel 1 og 2); dette medium kan let produceres internt eller kan indkøbes efter anmodning fra virksomheder inden for flydende gødningfra landbruget 58. Endelig blev den halvautomatiske protokol testet i et ekstra naturgaskraftværk. Resultaterne af denne bekræftelsesundersøgelse er ikke præsenteret i dette papir. I denne bekræftelsesundersøgelse var protokollen vellykket på trods af de ekstreme vejrforhold i Tucson og de usædvanligt varme temperaturer på produktionsstationen på grund af reaktorens placering inden for kraftværkets layout. Derfor er protokollens replikabilitet blevet undersøgt for Tucsons miljø, når naturgas bruges som brændstof til at producere elektricitet.
Følgende trin anbefales for at videreudvikle denne protokol og for at forbedre og forbedre automatiseringen af de involverede processer. Den første anbefaling er at gøre røggasinjektionen til en fuldstændig variabel proces og dermed forbedre CO2- og pH-styringen; det aktuelle program åbner injektionsventilen fuldt ud, når pH stiger over 8 og lukker den, når pH når 8 igen. Det er også nødvendigt at forbedre den måde, hvorpå CO2 injiceres. Målet er at reducere størrelsen af CO2 - boblerne, dvs. at generere mikrobobler for at øge CO2 - diffusionen i mediet uden at ty til at injicere røggas ved højere tryk. Anvendelse af forbedrede injektorer og dermed reducere de operationelle energiomkostninger anses for nødvendig i forbindelse med en kommerciel anvendelse af protokollen. Det anbefales også, at der medtages prædiktive værktøjer baseret på vejrudsigten og den aktuelle mikroalgestatus til kontrol af røggassen og gødningen, hovedsagelig N, for at forbedre N-brugseffektiviteten. Anvendelsen af beregningsvæskedynamisk modellering betragtes som et vigtigt redskab til at udvikle den foreslåede protokol yderligere; modellering kan hjælpe med at optimere design, konfiguration og drift af al den hardware, der er involveret i overvågning og styring af mikroalgerne. Et andet område, der kan udforskes i fremtiden, er anvendelsen af miljø-DNA (eDNA) og PCR-teknikker i realtid til overvågning af mikroalgeafgrødens sundhed og sammensætning. Vandprøver kunne analyseres, og resultaterne ville indikere, om de objektive mikroalger er den fremherskende art i mediet, eller om den konkurrerer eller er blevet erstattet af en anden organisme.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet gennem Regional Algal Feedstock Testbed-projektet, US Department of Energy DE-EE0006269. Vi takker også Esteban Jimenez, Jessica Peebles, Francisco Acedo, Jose Cisneros, RAFT Team, Mark Mansfield, UA kraftværkspersonale og TEP-kraftværkspersonale for al deres hjælp.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Adjustable speed motor (paddle wheel system) | Leeson | 174307 | Lesson 174307.00, type: SCR Voltage; Amps:10 |
| Aluminum weight boats | Fisher Scientific | 08-732-102 | Fisherbrand Aluminum Weighing Dishes |
| Ammonium Iron (III) (NH?)?[Fe(C?H?O?)?] | Fisher Scientific | 1185 - 57 - 5 | Medium preparation. Ammonium iron(III) citrate |
| Ammonium Phosphate | Sigma-Aldrich | 7722-76-1 | This chemical is used for the optimized medium |
| Ampicillin sodium salt | Sigma Aldrich | A9518-5G | This chemical is used for avoiding algae contamination |
| Autoclave | Amerex Instrument Inc | Hirayama HA300MII | |
| Bacto agar | Fisher Scientific | BP1423500 | Fisher BioReagents Granulated Agar |
| Bleach | Clorox | Germicidal Bleach, concentrated clorox | |
| Boric Acid (H3BO3) | Fisher Scientific | 10043-35-3 | Trace Elelements: Boric acid |
| Calcium chloride dihydrate (CaCl2*2H2O) | Sigma-Aldrich | 10035-04-8 | Medium preparation. Calcium chloride dihydrate |
| Carboys (20 L) | Nalgene - Thermo Fisher Scientific | 2250-0050PK | Polypropylene Carboy w/Handles |
| Centrifuge | Beckman Coulter, Inc | J2-21 | |
| Chloroform | Sigma-Aldrich | 67-66-3 | This chemical is used for lipid extraction |
| Citraplex 20% Iron | Loveland Products | SDS No. 1000595582 -17-LPI | https://www.fbn.com/direct/product/Citraplex-20-Iron#product_info |
| Cobalt (II) nitrate hexahydrate (Co(NO3)2*6H2O) | Sigma-Aldrich | 10026-22-9 | Trace Elements: Cobalt (II) nitrate hexahydrate |
| Compressor | Makita | MAC700 | This equipment is used for the injection CO2 system |
| Control Valve | Sierra Instruments | SmartTrak 100 | This item needs to be customized for your application. In our case, it was used a 5% CO2 and 95% air mixture. |
| Copper (II) Sulfate Pentahydrate (CuSO4*5H2O) | Sigma-Aldrich | 7758-99-8 | Trace Elements: Copper (II) Sulfate Pentahydrate |
| Data Logger: Campbell unit CR3000 | Scientific Campbell | CR3000 | This equipment is used for controlling all the system, motoring and recording data |
| Dissolvde Oxygen Solution | Campbell Scientific | 14055 | Dissolved oxygen electrolyte solution DO6002 - Lot No. 211085 |
| Dissolved Oxygen probe | Sensorex | ? | DO6400/T Dissolved Oxygen Sensor with Digital Communication |
| Electroconductivity calibration solution | Ricca Chemical Company | 2245 - 32 ( R2245000-1A ) | Conductivity Standard, 5000 uS/cm at 25C (2620 ppm TDS as NaCl) |
| Electroconductivity probe sensor | Hanna Instruments | HI3003/D | Flow-thru Conductivity Probe - NTC Sensor, DIN Connector, 3m Cable |
| Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate (Na2EDTA*2H2O) | Sigma-Aldrich | 6381-92-6 | Medium Preparation: Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate |
| Filters | Fisher Scientific | 09-874-48 | Whatman Binder-Free Glass Microfiber Filters |
| Flasks | Fisher scientific | 09-552-40 | Pyrex Fernbach Flasks |
| Furnace | Hogentogler | Model: F6020C-80 | Thermo Sicentific Thermolyne F6020C - 80 Muffle Furnace |
| Glass dessicator | VWR International LLC | 75871-430 | Type 150, 140 mm of diameter |
| Glass funnel | Fisher Scientific | FB6005865 | Fisherbrand Reusable Glass Long-Stem Funnels |
| Laminar flow hood | Fisher Hamilton Safeair | Fisher Hamilton Stainless Safeair hume hood | |
| Magnesium sulfate heptahydrate (MgSO4*7H2O) | Fisher Scientific | 10034 - 99 - 8 | Medium Preparation: Magnesium sulfate heptahydrate |
| Methanol | Sigma-Aldrich | 67-56-1 | Lipid extraction solvent |
| Micro bubble Diffuser | Pentair Aquatic Eco-Systems | 1PMBD075 | This equipment is used for the injection CO2 system |
| Microalgae: Chlorella Sorokiniana | NAABB | DOE 1412 | |
| Microoscope | Carl Zeiss 4291097 | ||
| Microwave assistant extraction | MARS, CEM Corportation | CEM Mars 5 Xtraction 230/60 Microwave Accelerated Reaction System. Model: 907601 | |
| MnCl2*4H2O | Sigma-Aldrich | 13446-34-9 | Manganese(II) chloride tetrahydrate |
| Mortars | Fisher Scientific | FB961B | Fisherbrand porcelein mortars |
| Nitrogen evaporator | Organomation | N-EVAP 112 Nitrogen Evaporatpr (OA-SYS Heating System) | |
| Oven | VWR International LLC | 89511-410 | Forced Air Oven |
| Paddle Wheel | 8-blade horizontal axis propeller. This usually comes as part of the paddlewheel reactor. | ||
| Paddle wheel motor | Leeson | M1135042.00 | Leeson, Model: CM34025Nz10C; 1/4 HP; Volts 90; FR 34; 62 RPM. |
| Pestles | Fisher Scientific | FB961M | Fisherbrand porcelein pestles |
| pH and EC Transmitter | Hanna Instruments | HI98143 | Hanna Instruments HI98143-04 pH and EC Transmitter with Galvanic isolated 0-4V. |
| pH calibration solutions | Fisher Scientific | 13-643-003 | Thermo Scientific Orion pH Buffer Bottles |
| pH probe sensor | Hanna Instruments | HI1006-2005 | Hanna Instruments HI1006-2005 Teflon pH Electrode with matching pin 5m. |
| Pippete tips | Fisher Scientific | 1111-2821 | 1000 ul TipOne graduated blue tip in racks |
| Pippetter | Fisher Scientific | 13-690-032 | Eppendorf Reserch plus Variable Adjustable Volume Pipettes: Single-channel |
| Plastic cuvettes | Fisher scientific | 14377017 | BrandTech BRAND Plastic Cuvettes |
| Plates | Fisher scientific | 08-757-100D | Corning Falcon Bacteriological Petri Dishes with Lid |
| Potash | This chemical is used for the optimazed medium preparation. It was bought in a fertilizer local company | ||
| Potassium phosphate dibasic (K2HPO4) | Sigma-Aldrich | 7758 -11 - 4 | Medium Preparation: Potassium phosphate dibasic |
| Pyrex reusable Media Storage Bottles | Fisher scientific | 06-414-2A | 1 L and 2 L bottels - PYREX GL45 Screw Caps with Plug Seals |
| Raceway Pond | Similar equipment can be bought at https://microbioengineering.com/products | ||
| Real Time Optical Density Sensor | University of Arizona | This equipment was design and build by a member of the group | |
| RS232 Cable | Sabrent | 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) | |
| Shaker Table | Algae agitation 150 rpm | ||
| Sodium Carbonate (Na2CO3) | Sigma-Aldrich | 497-19-8 | Sodium carbonate |
| Sodium molybdate dihydrate (Na2MoO4*2H2O) | Sigma-Aldrich | 10102-40-6 | Medium Preparation: Sodium molybdate dihydrate |
| Sodium nitrate (NaNO3) | Sigma-Aldrich | 7631-99-4 | Medium Preparation: Sodium nitrate |
| Spectophotometer | Fisher Scientific Company | 14-385-400 | 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. |
| Test tubes | Fisher Scientific | 14-961-27 | Fisherbrand Disposable Borosilicate Glass Tubes with Plain End (10 ml) |
| Thermocouples type K | Omega | KMQXL-125G-6 | |
| Urea | Sigma-Aldrich | 2067-80-3 | Urea |
| Vacuum filtration system | Fisher Scientific | XX1514700 | MilliporeSigma Glass Vacuum Filter Holder, 47 mm. The system includes: Ground glass flask attachment, coarse-frit glass filter support, and flask |
| Vacuum pump | Grainger | Marathon Electric AC Motor Thermally protected G588DX - MOD 5KH36KNA510X. HP 1/4. RPM 1725/1425 | |
| Zinc sulfate heptahydrate (ZnSO4*7H2O) | Sigma-Aldrich | 7446-20-0 | Zinc sulfate heptahydrate |
References
- The Intergovernmental Panel on Climate Change. , Available from: https://www.ipcc.ch/ (2018).
- Songolzadeh, M., Soleimani, M., Ravanchi, M., Songolzadeh, R. Carbon Dioxide Separation from Flue Gases: A Technological, Review Emphasizing Reduction in Greenhouse Gas Emissions. The Scientific World Journal. 2014, 1-34 (2014).
- Litynski, J., Klara, S., McIlvried, H., Srivastava, R. The United States Department of Energy's Regional Carbon Sequestration Partnerships program: A collaborative approach to carbon management. Environ International. 32 (1), 128-144 (2006).
- Cuellar-Bermudez, S., Garcia-Perez, J., Rittmann, B., Parra-Saldivar, R. Photosynthetic Bioenergy Utilizing CO2: an Approach on Flue Gases Utilization for Third Generation Biofuels. Journal of Clean Production. 98, 53-65 (2014).
- Cheah, W., Show, P., Chang, J., Ling, T., Juan, J. Biosequestration of Atmospheric CO2 and Flue Gas-Containing CO2 by Microalgae. Bioresource Technology. 184, 190-201 (2014).
- Kao, C., et al. Utilization of Carbon Dioxide in Industrial Flue Gases for the Cultivation of Microalga Chlorella sp. Bioresource Technology. 166, 485-493 (2014).
- White, C., Strazisar, B., Granite, E., Hoffman, S., Pennline, H. Separation and Capture of CO2 from Large Stationary Sources and Sequestration in Geological Formations. Journal of the Air and Waste Management Association. 53 (10), 1172-1182 (2003).
- Benemann, J. CO2 Mitigation with Microalgae Systems. Pergamon Energy Conversion Management Journal. 38, 475-479 (1997).
- U.S.Department of Energy. The Capture , Utilization and Disposal of Carbon Dioxide from Fossil Fuel-Fired Power Plants. Energy. 2, (1993).
- Granite, E., O'Brien, T. Review of Novel Methods for Carbon Dioxide Separation from Flue and Fuel Gases. Fuel Processesing Technology. 86 (14-15), 1423-1434 (2005).
- Benemann, J. Utilization of Carbon Dioxide from Fossil Fuel-Burning Power Plants with Biological Systems. Energy Conversion and Management. 34 (9-11), 999-1004 (1993).
- Joshi, C., Nookaraju, A. New Avenues of Bioenergy Production from Plants: Green Alternatives to Petroleum. Journal of Petroleum & Environmental Biotechnology. 03 (07), 3 (2012).
- Chisti, Y. Constraints to commercialization of algal fuels. Journal of Biotechnology. 22, 166-186 (2013).
- Han, S., Jin, W., Tu, R., Wu, W. Biofuel production from microalgae as feedstock: current status and potential. Critical Reviews in Biotechnology. 35 (2), 255-268 (2015).
- Lam, M., Lee, K. Potential of using organic fertilizer to cultivate Chlorella vulgaris for biodiesel production. Applied Energy. 94, 303-308 (2012).
- de Godos, I., et al. Evaluation of carbon dioxide mass transfer in raceway reactors for microalgae culture using flue gases. Bioresource Technology. 153, 307-314 (2014).
- Posten, C., Schaub, G. Microalgae and terrestrial biomass as source for fuels a process view. Journal of Biotechnology. 142 (1), 64-69 (2009).
- Demirbas, M. Biofuels from algae for sustainable development. Applied Energy. 88 (10), 3473-3480 (2011).
- Shelef, G., Sukenik, A., Green, M. Microalgae Harvesting and Processing A Literature Review. , (1984).
- Pawlowski, A., Mendoza, J., Guzmán, J., Berenguel, J., Acién, F., Dormido, S. Effective utilization of flue gases in raceway reactor with event-based pH control for microalgae culture. Bioresource Technology. 170, 1-9 (2014).
- Zhu, B., Sun, F., Yang, M., Lu, L., Yang, G., Pan, K. Large-scale biodiesel production using flue gas from coal-fired power plants with Nannochloropsis microalgal biomass in open raceway ponds. Bioresource Technology. 174, 53-59 (2014).
- Kaštánek, F., et al. In-field experimental verification of cultivation of microalgae Chlorella sp. using the flue gas from a cogeneration unit as a source of carbon dioxide. Waste Management & Research. 28 (11), 961-966 (2010).
- Yadav, G., Karemore, A., Dash, S., Sen, R. Performance evaluation of a green process for microalgal CO2 sequestration in closed photobioreactor using flue gas generated in-situ. Bioresource Technology. 191, 399-406 (2015).
- Zhao, B., Su, Y., Zhang, Y., Cui, G. Carbon dioxide fixation and biomass production from combustion flue gas using energy microalgae. Energy. 89, 347-357 (2015).
- He, L., Chen, A., Yu, Y., Kucera, L., Tang, Y. Optimize Flue Gas Settings to Promote Microalgae Growth in Photobioreactors via Computer Simulations. Journal of Visualized Experiments. (80), e50718 (2013).
- He, L., Subramanian, V., Tang, Y. Experimental analysis and model-based optimization of microalgae growth in photo-bioreactors using flue gas. Biomass and Bioenergy. 41, 131-138 (2012).
- Pidwirny, M. Fundamentals of Physical Geography, 2nd ed. , (2006).
- Van Den Hende, S., Vervaeren, H., Boon, N. Flue gas compounds and microalgae: (Bio-) chemical interactions leading to biotechnological opportunities. Biotechnology Advances. 30 (2012), 1405-1424 (2012).
- Jia, F., Kacira, M., Ogden, K. Multi-wavelength based optical density sensor for autonomous monitoring of microalgae. Sensors (Switzerland). 15 (9), 22234-22248 (2015).
- Unkefer, C., et al. Review of the algal biology program within the National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts. Algal Research. 22, 187-215 (2017).
- Neofotis, P., et al. Characterization and classification of highly productive microalgae strains discovered for biofuel and bioproduct generation. Algal Research. 15, 164-178 (2016).
- Huesemann, M., Van Wagenen, J., Miller, T., Chavis, A., Hobbs, S., Crowe, B. A screening model to predict microalgae biomass growth in photobioreactors and raceway ponds. Biotechnology Bioengineering. 110 (6), 1583-1594 (2013).
- Huesemann, M., et al. Estimating the Maximum Achievable Productivity in Outdoor Ponds: Microalgae Biomass Growth Modeling and Climate Simulated Culturing. Microalgal Production for Biomass and High-Value Products. 28 (2016), 113-137 (2016).
- Ramezan, M., Skone, T., Nsakala, N., Lilijedahl, G. Carbon Dioxide Capture from Existing Coal-Fired Power Plants. , 268 (2007).
- Huesemann, M., et al. A validated model to predict microalgae growth in outdoor pond cultures subjected to fluctuating light intensities and water temperatures. Algal Research. 13, 195-206 (2016).
- Mendoza, J., et al. Fluid-dynamic characterization of real-scale raceway reactors for microalgae production. Biomass and Bioenergy. 54, 267-275 (2013).
- Algae Cultivation for Carbon Capture and Utilization Workshop. Algae Cultivation for Carbon Capture and Utilization Workshop. , (2017).
- Park, J., Craggs, R., Shilton, A. Wastewater treatment high rate algal ponds for biofuel production. Bioresource Technology. 102 (1), 35-42 (2011).
- Mata, T., Martins, A., Caetano, N. Microalgae for biodiesel production and other applications: A review. Renewewable and Sustainable Energy Reviews. 14 (1), 217-232 (2010).
- Qiu, R., Gao, S., Lopez, P., Ogden, K. Effects of pH on cell growth, lipid production and CO2 addition of microalgae Chlorella sorokiniana. Algal Research. 28, 192-199 (2017).
- Molina Grima, E., Fernández, F., Garcıa Camacho, F., Chisti, Y. Photobioreactors: light regime, mass transfer, and scaleup. Journal of Biotechnology. 70 (1-3), 231-247 (1999).
- Padmanabhan, Y. P. Technical insight on the requirements for CO2-saturated growth of microalgae in photobioreactors. 3 Biotech. 7 (2), 1-7 (2017).
- Vonshak, A., Torzillo, G.
- Morales, M., Sánchez, L., Revah, S. The impact of environmental factors on carbon dioxide fixation by microalgae. Federation of European Microbiological Society Microbiology Letters. 365 (3), 1-11 (2018).
- Cuaresma, M., Janssen, M., Vílchez, C., Wijffels, R. Horizontal or vertical photobioreactors? How to improve microalgae photosynthetic efficiency. Bioresource Technology. 102 (8), 5129-5137 (2011).
- Richmond, A., Zou, N. Efficient utilisation of high photon irradiance for mass production of photoautotrophic micro-organisms. Journal of Applied Phycology. 11 (1), 123-127 (1999).
- Kurpan, D., Silva, A., Araújo, O., Chaloub, R. Impact of temperature and light intensity on triacylglycerol accumulation in marine microalgae. Biomass and Bioenergy. 72, 280-287 (2015).
- Maedal, K., Owadai, M., Kimura, N., Karubd, I. CO2 fixation from the flue gas on coal-fired thermal power plant by microalgae To screen microalgac which arc suitable for direct CO2 fixation , microalgae were sampled from. Energy Conversion Managment. 36 (6-9), 717-720 (1995).
- Sakai, N., Sakamoto, Y., Kishimoto, N., Chihara, M., Karube, I. Strain from Hot Springs Tolerant to High Temperature and high CO2. Energy Conversion Managment. 36 (6-9), 693-696 (1995).
- Lam, M., Lee, K., Mohamed, A. Current status and challenges on microalgae-based carbon capture. International Journal of Greenhouse Gas Control. 10, 456-469 (2012).
- Raeesossadati, M., Ahmadzadeh, H., McHenry, M., Moheimani, N. CO2 Bioremediation by Microalgae in Photobioreactors: Impacts of Biomass and CO2 Concentrations, Light, and Temperature. Algal Research. 6, 78-85 (2014).
- Mendoza, J., et al. Oxygen transfer and evolution in microalgal culture in open raceways. Bioresource Technology. 137, 188-195 (2013).
- Carvalho, A., Malcata, F., Meireles, A. Microalgal Reactors A Review of Enclosed System Designs and Performances. Biotechnology Progress. 22 (6), 1490-1506 (2006).
- Pires, J., Alvim-Ferraz, M., Martins, F., Simões, M. Carbon dioxide capture from flue gases using microalgae: Engineering aspects and biorefinery concept. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 16 (5), 3043-3053 (2012).
- Lam, M., Lee, K. Microalgae biofuels: A critical review of issues, problems and the way forward. Biotechnology Advances. 30 (3), 673-690 (2012).
- Chisti, Y. Biodiesel from microalgae beats bioethanol. Trends in Biotechnology. 26 (3), 126-131 (2008).
- K̈oppen, W., Volken, E., Brönnimann, S. The Thermal Zones of the Earth According to the duration of Hot, Moderate and Cold Periods and to the Impact of Heat on the Organic. Meteorologische Zeitschrift. 20 (3), 351-360 (2011).
- Lammers, P., et al. Review of the Cultivation Program within the National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts. Algal Research. 22, 166-186 (2017).
