खुले रेसवे तालाबों में सूक्ष्म शैवाल की खेती करने के लिए प्राकृतिक गैस पावर प्लांट फ्लू गैस में कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करने के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन किया गया है। फ्लू गैस इंजेक्शन को पीएच सेंसर के साथ नियंत्रित किया जाता है, और सूक्ष्म शैवाल विकास को ऑप्टिकल घनत्व के वास्तविक समय माप के साथ मॉनिटर किया जाता है।
संयुक्त राज्य अमेरिका में, कुल कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ2) उत्सर्जन का 35% विद्युत ऊर्जा उद्योग से आता है, जिसमें से 30% प्राकृतिक गैस बिजली उत्पादन का प्रतिनिधित्व करते हैं। माइक्रोएल्गे पौधों की तुलना में 10 से 15 गुना तेजी से बायोफिक्स सीओ2 कर सकते हैं और शैवाल बायोमास को जैव ईंधन जैसे ब्याज के उत्पादों में परिवर्तित कर सकते हैं। इस प्रकार, यह अध्ययन एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है जो एक गर्म अर्ध-शुष्क जलवायु में दक्षिण-पश्चिमी संयुक्त राज्य अमेरिका में स्थित एक प्राकृतिक गैस पावर प्लांट के साथ सूक्ष्म शैवाल खेती के संभावित तालमेल को दर्शाता है। अत्याधुनिक प्रौद्योगिकियों का उपयोग हरी शैवाल प्रजातियों क्लोरेला सोरोकिनियाना के माध्यम से कार्बन कैप्चर और उपयोग को बढ़ाने के लिए किया जाता है, जिसे जैव ईंधन में आगे संसाधित किया जा सकता है। हम एक अर्ध-स्वचालित खुले रेसवे तालाब को शामिल करने वाले एक प्रोटोकॉल का वर्णन करते हैं और इसके प्रदर्शन के परिणामों पर चर्चा करते हैं जब इसे टक्सन, एरिज़ोना में टक्सन इलेक्ट्रिक पावर प्लांट में परीक्षण किया गया था। पीएच को नियंत्रित करने के लिए फ्लू गैस का उपयोग मुख्य कार्बन स्रोत के रूप में किया गया था, और क्लोरेला सोरोकिनियाना की खेती की गई थी। शैवाल को विकसित करने के लिए एक अनुकूलित माध्यम का उपयोग किया गया था। समय के एक समारोह के रूप में सिस्टम में जोड़े गए सीओ2 की मात्रा की बारीकी से निगरानी की गई थी। इसके अतिरिक्त, अल्गल विकास दर, बायोमास उत्पादकता और कार्बन निर्धारण को प्रभावित करने वाले अन्य भौतिक-रासायनिक कारकों की निगरानी की गई, जिसमें ऑप्टिकल घनत्व, भंग ऑक्सीजन (डीओ), इलेक्ट्रोकंडक्टिविटी (ईसी), और हवा और तालाब के तापमान शामिल थे। परिणामों से संकेत मिलता है कि 0.385 ग्राम / एल राख-मुक्त शुष्क वजन तक की सूक्ष्म शैवाल उपज प्राप्य है, जिसमें 24% की लिपिड सामग्री है। सीओ2 उत्सर्जकों और अल्गल किसानों के बीच सहक्रियात्मक अवसरों का लाभ उठाना अल्गल जैव ईंधन और जैव उत्पादों के स्थायी उत्पादन का समर्थन करते हुए कार्बन कैप्चर को बढ़ाने के लिए आवश्यक संसाधन प्रदान कर सकता है।
ग्लोबल वार्मिंग सबसे महत्वपूर्ण पर्यावरणीय मुद्दों में से एक है जो आज दुनिया का सामना कर रहीहै। अध्ययनों से पता चलता है कि प्रमुख कारण ग्रीनहाउस गैस (जीएचजी) उत्सर्जन में वृद्धि है, मुख्य रूप से सीओ2, मानव गतिविधियों के कारण वातावरण में 2,3,4,5,6,7। अमेरिका में, सीओ2 उत्सर्जन का सबसे बड़ा घनत्व मुख्य रूप से ऊर्जा क्षेत्र में जीवाश्म ईंधन दहन से उत्पन्न होता है, विशेष रूप से बिजली उत्पादन संयंत्र3,7,8,9। इस प्रकार, कार्बन कैप्चर और उपयोग (सीसीयू) प्रौद्योगिकियां जीएचजी उत्सर्जन को कम करने के लिए प्रमुख रणनीतियों में से एक के रूप में उभरीहैं 2,7,10। इनमें जैविक प्रणालियां शामिल हैं जो पोषक तत्वों की उपस्थिति में, प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से सीओ2 और पानी को बायोमास में परिवर्तित करने के लिए सूरज की रोशनी का उपयोग करती हैं। सूक्ष्म शैवाल का उपयोग तेजी से विकास दर, उच्च सीओ2 निर्धारण क्षमता और उच्च उत्पादन क्षमता के कारण प्रस्तावित किया गया है। इसके अतिरिक्त, सूक्ष्म शैवाल में व्यापक जैव ऊर्जा क्षमता होती है क्योंकि बायोमास को ब्याज के उत्पादों में परिवर्तित किया जा सकता है, जैसे कि जैव ईंधन जो जीवाश्म ईंधन 7,9,10,11,12 को प्रतिस्थापित कर सकते हैं।
सूक्ष्म शैवाल विभिन्न प्रकार की खेती प्रणालियों या रिएक्टरों में जैविक रूपांतरण को विकसित और प्राप्त कर सकता है, जिसमें खुले रेसवे तालाब और बंद फोटोबायोरिएक्टर 13,14,15,16,17,18,19 शामिल हैं। शोधकर्ताओं ने उन फायदों और सीमाओं का अध्ययन किया है जो दोनों खेती प्रणालियों में जैव प्रक्रिया की सफलता को निर्धारित करते हैं, या तो इनडोर या आउटडोरपरिस्थितियों में 5,6,16,20,21,22,23,24,25 . ओपन रेसवे तालाब कार्बन कैप्चर और उन स्थितियों में उपयोग के लिए सबसे आम खेती प्रणाली हैं जहां फ्लू गैस को सीधे स्टैक से वितरित किया जा सकता है। इस प्रकार की खेती प्रणाली अपेक्षाकृत सस्ती है, स्केल करना आसान है, कम ऊर्जा लागत है, और मिश्रण के लिए कम ऊर्जा आवश्यकताएं हैं। इसके अतिरिक्त, इन प्रणालियों को आसानी से सीसीयू प्रक्रिया को अधिक कुशल बनाने के लिए बिजली संयंत्र के साथ सह-स्थित किया जा सकता है। हालांकि, कुछ कमियां हैं जिन पर विचार करने की आवश्यकता है, जैसे कि सीओ2 गैस / तरल द्रव्यमान हस्तांतरण में सीमा। यद्यपि सीमाएं हैं, खुले रेसवे तालाबों को आउटडोर माइक्रोएल्गल जैव ईंधन उत्पादन 5,9,11,16,20 के लिए सबसे उपयुक्त प्रणाली के रूप में प्रस्तावित किया गया है।
इस लेख में, हम खुले रेसवे तालाबों में सूक्ष्म शैवाल की खेती के लिए एक विधि का विस्तार करते हैं जो प्राकृतिक गैस पावर प्लांट की फ्लू गैस से कार्बन कैप्चर को जोड़ती है। विधि में एक अर्ध-स्वचालित प्रणाली होती है जो संस्कृति पीएच के आधार पर फ्लू गैस इंजेक्शन को नियंत्रित करती है; सिस्टम मॉनिटर करता है और ऑप्टिकल घनत्व, भंग ऑक्सीजन (डीओ), electroconductivity (ईसी), और हवा और तालाब तापमान सेंसर का उपयोग कर वास्तविक समय में Chlorella sorokiniana संस्कृति की स्थिति रिकॉर्ड करता है। अल्गल बायोमास और फ्लू गैस इंजेक्शन डेटा टक्सन इलेक्ट्रिक पावर सुविधा में हर 10 मिनट में एक डेटा लकड़हारा द्वारा एकत्र किए जाते हैं। शैवाल तनाव रखरखाव, स्केल अप, गुणवत्ता नियंत्रण माप, और बायोमास लक्षण वर्णन (उदाहरण के लिए, ऑप्टिकल घनत्व, जी / एल, और लिपिड सामग्री के बीच सहसंबंध) एरिज़ोना विश्वविद्यालय में एक प्रयोगशाला सेटिंग में किया जाता है। एक पिछले प्रोटोकॉल ने कंप्यूटर सिमुलेशन26 के माध्यम से फोटोबायोरिएक्टर में सूक्ष्म शैवाल विकास को बढ़ावा देने के लिए फ्लू गैस सेटिंग्स को अनुकूलित करने के लिए एक विधि को रेखांकित किया। यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल अद्वितीय है कि यह खुले रेसवे तालाबों का उपयोग करता है और उत्पादित फ्लू गैस का सीधा उपयोग करने के लिए एक प्राकृतिक गैस पावर प्लांट में साइट पर लागू करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसके अतिरिक्त, वास्तविक समय ऑप्टिकल घनत्व माप प्रोटोकॉल का हिस्सा हैं। जैसा कि वर्णित प्रणाली को एक गर्म अर्धशुष्क जलवायु (कोपेन बीएसएच) के लिए अनुकूलित किया गया है, जो कम वर्षा, वर्ष-दर-वर्ष वर्षा में महत्वपूर्ण परिवर्तनशीलता, कम सापेक्ष आर्द्रता, उच्च वाष्पीकरण दर, स्पष्ट आकाश और तीव्र सौर विकिरण27 प्रदर्शित करता है।
इस अध्ययन में, हम प्रदर्शित करते हैं कि एक गर्म अर्ध-शुष्क जलवायु में सहक्रियात्मक रूप से युग्मन फ्लू गैस कार्बन कैप्चर और माइक्रोएल्गे खेती संभव है। अर्ध-स्वचालित रेसवे तालाब प्रणाली के लिए प्रयोगा?…
The authors have nothing to disclose.
इस काम को क्षेत्रीय अल्गल फीडस्टॉक टेस्टबेड परियोजना, अमेरिकी ऊर्जा विभाग DE-EE0006269 के माध्यम से समर्थित किया गया था। हम भी Esteban Jimenez, जेसिका Peebles, फ्रांसिस्को Acedo, जोस Cisneros, राफ्ट टीम, मार्क Mansfield, यूए बिजली संयंत्र कर्मचारियों, और टीईपी बिजली संयंत्र के कर्मचारियों को उनकी सभी मदद के लिए धन्यवाद.
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) (NH₄)₅[Fe(C₆H₄O₇)₂] | 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 |