Ottimizzare le impostazioni dei gas di scarico per promuovere la crescita di microalghe in fotobioreattori tramite simulazioni al computer
Summary
Gas di combustione delle centrali elettriche è una conveniente fonte di CO 2 per la crescita delle alghe. Abbiamo costruito "dei fumi delle alghe coltivazione" prototipo dei sistemi e descritto come scalare il processo di coltivazione algale. Abbiamo dimostrato l'utilizzo di un modello bio-reazione di trasferimento di massa per simulare e progettare il funzionamento ottimale del gas di combustione per la crescita di Chlorella sp. in alghe foto-bioreattori.
Abstract
Gas di combustione delle centrali elettriche in grado di promuovere la coltivazione delle alghe e ridurre le emissioni di gas serra 1. Le microalghe non solo di catturare l'energia solare più efficiente di piante 3, ma anche sintetizzare biocarburanti avanzati 2-4. In generale, CO 2 atmosferica non è una fonte sufficiente per sostenere la massima crescita delle alghe 5. D'altra parte, le alte concentrazioni di CO 2 nel gas di scarico industriali hanno effetti negativi sulla fisiologia delle alghe. Di conseguenza, entrambe le condizioni di coltivazione (come nutrienti e luce) e il controllo del flusso del gas effluente nei fotobioreattori sono importanti per sviluppare un efficiente "fumi per le alghe" sistema. I ricercatori hanno proposto diverse configurazioni fotobioreattori 4,6 e strategie di coltivazione 7,8 con il gas di scarico. Qui vi presentiamo un protocollo che illustra come utilizzare i modelli per prevedere la crescita di microalghe in risposta al camino impostazioni del gas. Noi Perfsia sperimentali illustrazioni e le simulazioni del modello ORM per determinare le condizioni favorevoli per la crescita delle alghe con gas di scarico. Sviluppiamo un modello basato-Monod accoppiata con trasferimento di massa e le equazioni di intensità della luce per simulare la crescita di microalghe in un omogeneo foto-bioreattore. Il modello di simulazione a confronto algali consumi di gas di crescita e di scarico sotto diverse impostazioni dei fumi. Il modello illustra: 1) come la crescita delle alghe è influenzata da diversi coefficienti di trasferimento di massa volumetriche di CO 2, 2) come possiamo trovare ottimale concentrazione di CO 2 per la crescita delle alghe attraverso l'approccio di ottimizzazione dinamica (DOA), 3) come possiamo progettare un rettangolare on-off impulsi fumi per promuovere la crescita della biomassa algale e di ridurre l'utilizzo di gas di scarico. Sul lato sperimentale, presentiamo un protocollo per la coltivazione Chlorella sotto fumi (generata dalla combustione del gas naturale). I risultati sperimentali convalidano qualitativamente le previsioni del modello che i gas di scarico ad alta frequenza puLSES possono migliorare significativamente la coltivazione delle alghe.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo studio, abbiamo dimostrato il protocollo sperimentale per il salto di colture algali in fotobioreattori. Abbiamo anche esaminare diversi metodi per gli ingressi dei gas di scarico per promuovere la crescita delle alghe. Utilizzando un trasferimento di massa e il modello bio-reazione, dimostriamo che il coefficiente di CO 2 di trasferimento di massa K La (determinata dal bioreattore mescolando condizioni e CO 2 velocità superficiale) influenza fortemente la crescita delle alghe….
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo studio è supportato da un programma NSF (ricerca esperienze per gli studenti universitari), alla Washington University di St. Louis.
Materials
| Spectrophotometer | Thermal Scientific, Texas USA | |
| CO2 gas analyzer | LI-COR, Biosciences, Nebraska USA | |
| Mass flow controllers | OMEGA Engineering INC, Connecticut USA | FMA5416 |
| Data acquisition card | Measurement Computing Corporation, Massachusetts USA | USB-1208FS |
| Filters | Aerocolloid LLC, Minnesota USA | |
| MATLAB/Simulink | Mathworks, Massachusetts USA | R2010a |
| Glass bottles | Fisher USA |
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