Optimizar la combustión Gas Ciudad para promover el crecimiento de microalgas en fotobiorreactores a través de Simulaciones computacionales
Summary
Los gases de combustión de las centrales eléctricas es una fuente de CO2 baratas para el crecimiento de algas. Hemos construido "de gases de combustión a la de algas de cultivo" prototipo de los sistemas y se describe la manera de ampliar el proceso de cultivo de algas. Hemos demostrado el uso de un modelo de bio-reacción de transferencia de masa para simular y diseñar la operación óptima de los gases de combustión para el crecimiento de Chlorella sp. en algas fotobiorreactores.
Abstract
Los gases de combustión de las centrales puede promover el cultivo de algas y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero 1. Las microalgas no sólo capta la energía solar más eficiente que las plantas 3, sino también sintetizar biocombustibles avanzados 2-4. En general, el CO2 atmosférico no es una fuente suficiente para apoyar el crecimiento de algas máxima 5. Por otra parte, las altas concentraciones de CO 2 en los gases de escape industriales tienen efectos adversos sobre la fisiología de algas. Por consiguiente, ambas condiciones de cultivo (tales como nutrientes y luz) y el control del flujo de gas de combustión en los fotobiorreactores son importantes para desarrollar un "gas de combustión para las algas" eficiente sistema. Los investigadores han propuesto diferentes configuraciones de fotobiorreactores 4,6 y estrategias de cultivo 7,8 con salida de humos. A continuación, presentamos un protocolo que se muestra cómo utilizar los modelos para predecir el crecimiento de microalgas en respuesta a los ajustes de combustión de gas. Nos PERForm ambos ilustrativos y modelos experimentales simulaciones para determinar las condiciones favorables para el crecimiento de las algas con los gases de combustión. Desarrollamos un modelo basado en Monod junto con la transferencia de masa y las ecuaciones de intensidad de luz para simular el crecimiento de microalgas en un homogénea foto-biorreactor. La simulación del modelo se comparan los consumos de gas de algas de crecimiento y de combustión bajo diferentes configuraciones de los gases de combustión. El modelo muestra: 1) cómo el crecimiento de las algas está influenciada por diferentes coeficientes de transferencia de masa volumétrica de CO 2, 2) cómo podemos encontrar una óptima concentración de CO 2 para el crecimiento de algas a través del enfoque de optimización dinámica (DOA), 3) cómo podemos diseñar un rectangular on-off de impulsos de gas de combustión para promover el crecimiento de la biomasa de algas y para reducir el uso de gas de combustión. En el lado experimental, se presenta un protocolo para el cultivo de Chlorella bajo el gas de combustión (generado por la combustión de gas natural). Los resultados experimentales cualitativamente validan las predicciones del modelo de que los gases de combustión de alta frecuencia de la PULSES pueden mejorar significativamente el cultivo de algas.
Protocol
Representative Results
Discussion
En este estudio, se demuestra el protocolo experimental para la ampliación de cultivos de algas en fotobiorreactores. También examinamos varios métodos para las entradas de gases de combustión para promover el crecimiento de algas. El uso de un modelo de transferencia de masa y bio-reacción, se demuestra que el coeficiente de transferencia de masa de CO 2 K La (determinado por la condición biorreactor mezcla y CO 2 velocidad superficial) influye fuertemente en el crecimiento de alga…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio se apoya en un programa de la NSF (Investigue Experiencias para estudiantes universitarios) en la Universidad de Washington en 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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