Un protocole est décrit pour utiliser le dioxyde de carbone dans les gaz de combustion des centrales électriques au gaz naturel pour cultiver des microalgues dans des étangs ouverts. L’injection de gaz de combustion est contrôlée à l’aide d’un capteur de pH et la croissance des microalgues est surveillée avec des mesures en temps réel de la densité optique.
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Article de méthode
Couplage de la capture du carbone d’une centrale électrique avec des étangs ouverts semi-automatisés pour la culture de microalgues
Dans cet article
Résumé
Résumé
Aux États-Unis, 35 % des émissions totales de dioxyde de carbone (CO2) proviennent de l’industrie de l’énergie électrique, dont 30 % représentent la production d’électricité au gaz naturel. Les microalgues peuvent biofixer le CO2 10 à 15 fois plus rapidement que les plantes et convertir la biomasse algale en produits d’intérêt, tels que les biocarburants. Ainsi, cette étude présente un protocole qui démontre les synergies potentielles de la culture de microalgues avec une centrale au gaz naturel située dans le sud-ouest des États-Unis dans un climat chaud semi-aride. Des technologies de pointe sont utilisées pour améliorer le captage et l’utilisation du carbone via l’espèce d’algue verte Chlorella sorokiniana, qui peut être transformée en biocarburant. Nous décrivons un protocole impliquant un étang de course ouvert semi-automatisé et discutons des résultats de ses performances lorsqu’il a été testé à la centrale électrique de Tucson, à Tucson, en Arizona. Les gaz de combustion ont été utilisés comme principale source de carbone pour contrôler le pH, et Chlorella sorokiniana a été cultivée. Un milieu optimisé a été utilisé pour cultiver les algues. La quantité de CO2 ajoutée au système en fonction du temps a été étroitement surveillée. En outre, d’autres facteurs physicochimiques affectant le taux de croissance des algues, la productivité de la biomasse et la fixation du carbone ont été surveillés, notamment la densité optique, l’oxygène dissous (OD), l’électroconductivité (EC) et les températures de l’air et des étangs. Les résultats indiquent qu’un rendement en microalgues allant jusqu’à 0,385 g/L de poids sec sans cendres est atteignable, avec une teneur en lipides de 24%. Tirer parti des possibilités de synergie entre les émetteurs de CO2 et les producteurs d’algues peut fournir les ressources nécessaires pour accroître le captage du carbone tout en soutenant la production durable de biocarburants et de bioproduits d’algues.
Introduction
Le réchauffement climatique est l’un des problèmes environnementaux les plus importants auxquels le monde est confronté aujourd’hui1. Des études suggèrent que la cause principale est l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre (GES), principalement du CO2, dans l’atmosphère en raison des activités humaines 2,3,4,5,6,7. Aux États-Unis, la plus grande densité d’émissions de CO2 provient principalement de la combustion de....
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Protocole
1. Système de croissance: réglages d’étang de piste de course ouvert en plein air
- Installez les bassins ouverts de l’hippodrome à proximité de la source de gaz de combustion (contenant 8 à 10 % de CO2). Assurez-vous que l’eau et l’électricité sont disponibles à l’emplacement du réacteur de l’étang et que le réacteur n’est pas à l’ombre la majeure partie de la journée (figure 1).
- Capter les gaz de combustion pendant le processus de postcombustion à l’aide d’un tuyau de carburant de 0,95 cm, quelques mètres avant que les gaz de combustion ne pénètrent dans la cheminée pour être rejetés dans l’atmosphère (
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Résultats
Les résultats expérimentaux antérieurs de notre laboratoire indiquent que la culture de microalgues à l’aide d’un étang de course ouvert semi-automatisé peut être couplée à des processus de capture du carbone. Pour mieux comprendre la synergie entre ces deux processus (Figure 2), nous avons développé un protocole et l’avons adapté à la culture de l’espèce d’algue verte Chlorella sorokiniana dans des conditions extérieures dans un climat semi-aride chaud. Les gaz de combustion du gaz.......
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Discussion
Dans cette étude, nous démontrons qu’il est possible de coupler de manière synergique le captage du carbone des gaz de combustion et la culture de microalgues dans un climat chaud semi-aride. Le protocole expérimental pour le système d’étang de piste semi-automatisé intègre une technologie de pointe pour surveiller en temps réel les paramètres pertinents qui sont en corrélation avec la croissance des algues lors de l’utilisation de gaz de combustion comme source de carbone. Le protocole proposé vise à réduire l’incertitu.......
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Déclarations de divulgation
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Remerciements
Ce travail a été soutenu par le projet de banc d’essai régional de matières premières algales, U.S. Department of Energy DE-EE0006269. Nous remercions également Esteban Jimenez, Jessica Peebles, Francisco Acedo, Jose Cisneros, RAFT Team, Mark Mansfield, le personnel de la centrale électrique UA et le personnel de la centrale électrique TEP pour toute leur aide.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Moteur à vitesse réglable (système de roue à aubes) | Leeson | 174307 | Lesson 174307.00, type : SCR Voltage ; Ampères :10 |
| Bateaux de poids en aluminium | Fisher Scientific | 08-732-102 | Fisherbrand Plats de pesée en aluminium |
| Fer ammonium (III) (NH ?) ? [Fe(C ?H ? O ?) ?] | Fisher Scientific | 1185 - 57 - 5 | Préparation du milieu. Citrate de fer d’ammonium(III) |
| Phosphate d’ammonium | Sigma-Aldrich | 7722-76-1 | Ce produit chimique est utilisé pour le milieu optimisé |
| Ampicilline sel sodique | Sigma Aldrich | A9518-5G | Ce produit chimique est utilisé pour éviter la contamination par les algues |
| Autoclave | Amerex Instrument Inc | Hirayama HA300MII | |
| Bacto agar | Fisher Scientific | BP1423500 | Fisher BioReagents Eau de Javel gélose granulée |
| Eau de Javel germicide Clorox | |||
| Acide borique (H3BO3) | Fisher Scientific | 10043-35-3 | Oligo-éléments : Acide borique |
| Chlorure de calcium dihydraté (CaCl2*2H2O) | Sigma-Aldrich | 10035-04-8 | Préparation du milieu. Chlorure de calcium dihydraté |
| Carboys (20 L) | Nalgene - Thermo Fisher Scientific | 2250-0050PK | Carboy en polypropylène avec |
| poignées Centrifugeuse | Beckman Coulter, Inc | J2-21 | |
| Chloroforme | Sigma-Aldrich | 67-66-3 | Ce produit chimique est utilisé pour l’extraction des lipides |
| Citraplex 20 % Iron | Loveland Products | SDS No. 1000595582 -17-LPI | https://www.fbn.com/direct/product/Citraplex-20-Iron#product_info |
| Hexahydrate de nitrate de cobalt (II) (Co(NO3)2*6H2O) | Sigma-Aldrich | 10026-22-9 | Oligo-éléments : Hexahydrate de nitrate de cobalt (II) |
| Compresseur | Makita | MAC700 | Cet équipement est utilisé pour le système d’injection de CO2 |
| Vanne de régulation | Sierra Instruments | SmartTrak 100 | Cet article doit être personnalisé pour votre application. Dans notre cas, il a été utilisé un mélange de 5 % de CO2 et 95 % d’air. |
| Sulfate de cuivre (II) pentahydraté (CuSO4*5H2O) | Sigma-Aldrich | 7758-99-8 | Oligo-éléments : Sulfate de cuivre (II) pentahydraté |
| Enregistreur de données : Unité Campbell CR3000 | Scientific Campbell | CR3000 | Cet équipement est utilisé pour contrôler l’ensemble du système, la conduite et l’enregistrement |
| des données Dissolvde Oxygen Solution | Campbell Scientific | 14055 | Solution d’électrolyte d’oxygène dissous DO6002 - Lot No. 211085 |
| Sonde à oxygène dissous | Sensorex | ? | Capteur d’oxygène dissous DO6400/T avec communication numérique |
| Solution d’étalonnage d’électroconductivité | Ricca Chemical Company | 2245 - 32 ( R2245000-1A ) | Étalon de conductivité, 5000 uS/cm à 25C (2620 ppm TDS sous forme de NaCl) |
| Sonde d’électroconductivité | Hanna Instruments | HI3003/D | Sonde de conductivité à flux continu - Capteur NTC, connecteur DIN, câble de 3m |
| Acide éthylènediaminetétraacétique sel disodique dihydraté (Na2EDTA*2H2O) | Sigma-Aldrich | 6381-92-6 | Milieu Préparation : Acide éthylènediaminetétraacétique sel disodique dihydraté |
| Filtres | Fisher Scientific | 09-874-48 | Whatman Filtres en microfibre de verre sans liant |
| Flacons | Fisher scientific | 09-552-40 | Pyrex Fernbach Flasks |
| Furnace | Hogentogler | Modèle : F6020C-80 | Thermo Sicentific Thermolyne F6020C - 80 Four à moufle |
| Dessiccateur en | verreVWR International LLC | 75871-430 | Type 150, 140 mm de diamètre |
| Entonnoir en verre | Fisher Scientific | FB6005865 | Fisherbrand Entonnoirs réutilisables en verre à longue tige |
| Hotte à flux laminaire | Fisher Hamilton Safeair | Fisher Hamilton Hotte hume Stainless Safeair Sulfate | |
| magnésium heptahydraté (MgSO4*7H2O) | Fisher Scientific | 10034 - 99 - 8 | Moyenne Préparation : Magnésium sulfate heptahydraté |
| Méthanol | Sigma-Aldrich | 67-56-1 | Solvant d’extraction de lipides |
| Micro bulles Diffuseur Pentair | Aquatic Eco-Systems | 1PMBD075 | Cet équipement est utilisé pour le système d’injection de CO2 |
| Microalgues : Chlorella Sorokiniana | NAABB | DOE 1412 | |
| Microoscope | Carl Zeiss 4291097 | ||
| Assistant micro-ondes extraction | MARS, CEM Corportation | CEM Mars 5 Xtraction 230/60 Système de réaction accéléré par micro-ondes. Modèle : 907601 | |
| MnCl2 * 4H2O | Sigma-Aldrich | 13446-34-9 | Chlorure de manganèse (II) tétrahydraté |
| Mortiers | Fisher Scientific | FB961B | Fisherbrand porcelein |
| Évaporateur d’azote | Organomation | N-EVAP 112 Évaporateur d’azote (système de chauffage OA-SYS) | |
| Four | VWR International LLC | 89511-410 | Four à air forcé |
| Roue | à aubes Hélice à axe horizontal à 8 pales. Cela fait généralement partie du réacteur à roue à aubes. | ||
| Moteur à roue à aubes | Leeson | M1135042.00 | Leeson, Modèle : CM34025Nz10C ; 1/4 CV ; Volts 90 ; FR 34 ; 62 tours. |
| Pilons | Fisher Scientific | FB961M | Fisherbrand Peseaux porcelein |
| Transmetteur de pH et EC | Hanna Instruments HI98143 | Hanna Instruments HI98143-04 Transmetteur de pH et EC avec isolé galvanique 0-4V. | |
| Solutions d’étalonnage du pH | Fisher Scientific | 13-643-003 | Thermo Scientific Orion pH Buffer Bottles Sonde |
| de pH | Hanna Instruments | HI1006-2005 | Hanna Instruments HI1006-2005 Électrode de pH en téflon avec broche correspondante 5m. |
| Embouts Pippete | Fisher Scientific | 1111-2821 | 1000 ul TipOne embout bleu gradué en claquettes |
| Pippetter | Fisher Scientific | 13-690-032 | Eppendorf Reserch plus Variable Adjustable Volume Pipettes : |
| Monocanal Cuvettes en plastique | Fisher scientific | 14377017 | BrandTech BRAND Cuvettes en plastique |
| Plaques | Fisher scientific | 08-757-100D | Boîtes de Pétri bactériologiques Corning Falcon avec couvercle |
| Potasse | Ce produit chimique est utilisé pour la préparation du milieu optimisé. Il a été acheté dans une entreprise locale d’engrais | ||
| Phosphate de potassium dibasique (K2HPO4) | Sigma-Aldrich | 7758 -11 - 4 | Moyen Préparation : Phosphate de potassium dibasique |
| Pyrex Bouteilles de stockage de supports réutilisables | Fisher scientific | 06-414-2A | Bouteilles de 1 L et 2 L - PYREX GL45 Bouchons à vis avec joints d’étanchéité Raceway |
| Pond | Un équipement similaire peut être acheté à https://microbioengineering.com/products | ||
| Capteur de densité optique en temps réel | Université de l’Arizona | Cet équipement a été conçu et construit par un membre du groupe | |
| RS232 Câble | Sabrent | Sabrent USB 2.0 vers série (9 broches) DB-9 RS-232 Converter Cable, Chipset prolifique, Hexnuts, [Windows 10/8.1/8/7/VISTA/XP, Mac OS X 10.6 et supérieur] 2.5 pieds (CB-DB9P) | |
| Shaker Table | Agitation des algues 150 tr/min | ||
| Carbonate de sodium (Na2CO3) | Sigma-Aldrich | 497-19-8 | Carbonate de sodium |
| Molybdate de sodium dihydraté (Na2MoO4*2H2O) | Sigma-Aldrich | 10102-40-6 | Milieu Préparation : Molybdate de sodium dihydraté |
| Nitrate de sodium (NaNO3) | Sigma-Aldrich | 7631-99-4 | Milieu Préparation : Nitrate de sodium |
| Spectophotomètre | Fisher Scientific Société | 14-385-400 | Thermo Fisher Scientific - Spectrophotomètre 10S UV-VIS GENESTYS cylindrique Support de cellule à long trajet ; détecteur de référence interne, lampe flash au xénon ; photodiode double silicium ; 240V, 50 à 60Hz sélectionné automatiquement. |
| Tubes à essai | Fisher Scientific | 14-961-27 | Fisherbrand Tubes jetables en verre borosilicaté avec extrémité lisse (10 ml) |
| Thermocouples type K | Omega | KMQXL-125G-6 | |
| Urea | Sigma-Aldrich | 2067-80-3 | Urée |
| Système de filtration sous vide | Fisher Scientific | XX1514700 | MilliporePorte-filtre sous vide en verreSigma, 47 mm. Le système comprend : Fixation de flacon en verre rodé, support de filtre en verre fritté grossier et flacon |
| Pompe à vide Moteur | Grainger | Marathon Protégé thermiquement G588DX - MOD 5KH36KNA510X. PV 1/4. RPM 1725/1425 | |
| Sulfate de zinc heptahydraté (ZnSO4*7H2O) | Sigma-Aldrich | 7446-20-0 | Sulfate de zinc heptahydraté |
Références
- 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).
- L....
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Réimpressions et autorisations
