Optimieren Rauchgas Einstellungen, um Mikroalgen in Photobioreaktoren Wachstum über Computer-Simulationen fördern
Summary
Rauchgas von Kraftwerken ist eine billige CO 2-Quelle für das Algenwachstum. Wir haben Prototyp "Rauchgas auf Algenanbau" gebaut Systeme und beschrieben, wie Scale-up der Algenkultivierungsprozess. Wir haben die Verwendung einer Massentransfer Bio-Reaktionsmodell, um das Wachstum von Chlorella sp simulieren und Design der optimalen Betrieb des Rauchgases gezeigt. in Algenphotobioreaktoren.
Abstract
Rauchgas von Kraftwerken können Algen-Anbau zu fördern und Verringerung der Treibhausgasemissionen ein. Mikroalgen nicht nur Sonnenenergie einzufangen effizienter als Anlagen 3, aber auch zu synthetisieren fortschrittliche Biokraftstoffe 2-4. Im Allgemeinen ist atmosphärische CO 2 keine ausreichende Quelle für die Unterstützung maximal 5 Algenwachstum. Auf der anderen Seite, die hohe Konzentrationen von CO 2 in industriellen Abgasen nachteilige Auswirkungen auf das Algenphysiologie. Folglich sind beide Anbaubedingungen (wie Nährstoffe und Licht) und die Kontrolle der Rauchgasstrom in die Photobioreaktoren wichtig, ein effizientes "Rauchgas-Algen" System entwickeln. Forscher haben verschiedene Photobioreaktor Konfigurationen 4,6 und 7,8 Bearbeitungsstrategien mit Rauchgas vorgeschlagen. Hier präsentieren wir ein Protokoll, wie man Modelle verwenden, um die Mikroalgenwachstum in Reaktion vorherzusagen, um Gas Einstellungen Rauch demonstriert. Wir perform sowohl experimentelle Darstellung und Modellsimulationen, die günstigen Bedingungen für das Algenwachstum mit Rauchgas bestimmen. Wir entwickeln eine Monod-basiertes Modell verbunden mit Stoff-und Lichtintensität Gleichungen, um die Mikroalgenwachstum in einem homogenen Photobioreaktor zu simulieren. Die Modellsimulation vergleicht das Algenwachstum und Rauchgasverbrauch unter verschiedenen Rauchgas-Einstellungen. Das Modell veranschaulicht: 1), wie das Algenwachstum wird durch verschiedene volumetrische Stoffübergangskoeffizienten von CO 2 beeinflusst, 2) wie können wir optimale CO 2-Konzentration für das Algenwachstum durch die dynamische Optimierungsansatz (DOA) zu finden, 3), wie können wir ein Design rechteckige Ein-Aus-Abgasimpuls an Algenbiomasse Wachstum zu fördern und um die Verwendung von Rauchgas zu reduzieren. Auf der experimentellen Seite präsentieren wir ein Protokoll für den Anbau von Chlorella unter dem Rauchgas (durch Verbrennung von Erdgas erzeugt wird). Die experimentellen Ergebnisse bestätigen qualitativ die Modellvorhersagen, dass die Hochfrequenz-Rauchgas puGU deutlich verbessern kann Algenanbau.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dieser Studie zeigen wir die Versuchsprotokoll für die Aufstockung Algenkulturen in Photobioreaktoren. Wir mehrere Methoden zur Rauchgaseingänge prüfen, auch das Algenwachstum fördern. Mit einem Massen-und Bio-Reaktionsmodell zeigen wir, dass die CO 2-Stoffübergangskoeffizienten K La (von Bioreaktor Mischzustand und CO 2-Oberflächengeschwindigkeit bestimmt) beeinflusst stark das Algenwachstum. Die Modellsimulation zeigt kontinuierlichen Ein-Aus-Rauchgaspulse mit kurzen Impulsbrei…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Studie wird von einer NSF-Programm (Forschung Erfahrungen für Absolventen) an der Washington University in St. Louis unterstützt.
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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