JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
자동 번역
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
환경과학

Mikroalg Yetiştiriciliği için Yarı Otomatik Açık Yuvarlanma Yolu Göletleri ile Bir Enerji Santralinden Karbon Yakalama Birleştirme

Published: August 14, 2020
doi:
10.3791/61498
, , ,
1Department of Chemical and Environmental Engineering,University of Arizona, 2Department of Biosystems Engineering,University of Arizona, 3Department of Biomedical Engineering,University of Arizona

Summary

Açık yuvarlanma yolu havuzlarında mikroalg yetiştirmek için doğal gaz santrali baca gazındaki karbondioksiti kullanmak için bir protokol tanımlanmıştır. Baca gazı enjeksiyonu bir pH sensörü ile kontrol edilir ve mikroalg büyümesi gerçek zamanlı optik yoğunluk ölçümleri ile izlenir.

Abstract

Amerika Birleşik Devletleri’nde, toplam karbondioksit (CO2) emisyonlarının% 35’i, doğal gaz elektrik üretimini temsil eden elektrik enerjisi endüstrisinden gelmektedir. Mikroalgler, CO2’yi bitkilerden 10 ila 15 kat daha hızlı biyo-düzeltebilir ve alg biyokütlesini biyoyakıtlar gibi ilgi çekici ürünlere dönüştürebilir. Bu nedenle, bu çalışma, güneybatı Amerika Birleşik Devletleri’nde sıcak yarı kurak bir iklimde bulunan bir doğal gaz santrali ile mikroalg yetiştiriciliğinin potansiyel sinerjilerini gösteren bir protokol sunmaktadır. En son teknolojiler, biyoyakıta daha fazla işlenebilen yeşil alg türü Chlorella sorokiniana aracılığıyla karbon yakalama ve kullanımını geliştirmek için kullanılır. Yarı otomatik bir açık yuvarlanma yolu göletini içeren bir protokol açıklıyoruz ve Tucson, Arizona’daki Tucson Elektrik Santrali’nde test edildiğinde performansının sonuçlarını tartışıyoruz. Baca gazı, pH’ı kontrol etmek için ana karbon kaynağı olarak kullanıldı ve Chlorella sorokiniana yetiştirildi. Algleri büyütmek için optimize edilmiş bir ortam kullanıldı. Zamanın bir fonksiyonu olarak sisteme eklenen CO2 miktarı yakından izlendi. Ek olarak, alg büyüme hızını, biyokütle verimliliğini ve karbon fiksasyonunu etkileyen diğer fizikokimyasal faktörler, optik yoğunluk, çözünmüş oksijen (DO), elektroiletkenlik (EC) ve hava ve havuz sıcaklıkları dahil olmak üzere izlendi. Sonuçlar, 0.385 g / L külsüz kuru ağırlığa kadar bir mikroalg veriminin,% 24’lük bir lipit içeriği ile elde edilebileceğini göstermektedir. CO2 yayıcıları ve alg çiftçileri arasındaki sinerjik fırsatlardan yararlanmak, alg biyoyakıtlarının ve biyoürünlerinin sürdürülebilir üretimini desteklerken karbon yakalamayı artırmak için gereken kaynakları sağlayabilir.

Introduction

Küresel ısınma bugün dünyanın karşı karşıya olduğu en önemli çevre sorunlarından biridir1. Çalışmalar, ana nedenin, insan faaliyetleri nedeniyle atmosferdeki sera gazı (GHG) emisyonlarının, özellikle CO 2’nin,2,3,4,5,6,7 artışını göstermektedir. ABD’de, CO2 emisyonlarının en büyük yoğunluğu, esas olarak enerji sektöründeki fosil yakıt yanmasından, özellikle de elektrik enerjisi üretim tesislerinden 3,7,8,9’dan kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, karbon yakalama ve kullanma (CCU) teknolojileri, sera gazı emisyonlarını azaltmak için ana stratejilerden biri olarak ortaya çıkmıştır 2,7,10. Bunlar, CO2’yi ve suyu fotosentez yoluyla, besinlerin varlığında biyokütleye dönüştürmek için güneş ışığını kullanan biyolojik sistemleri içerir. Hızlı büyüme oranı, yüksek CO 2 fiksasyon kabiliyeti ve yüksek üretim kapasitesi nedeniylemikroalglerin kullanımı önerilmiştir. Ek olarak, mikroalgler geniş biyoenerji potansiyeline sahiptir, çünkü biyokütle fosil yakıtların yerini alabilecek biyoyakıtlar gibi ilgi çekici ürünlere dönüştürülebilir 7,9,10,11,12.

Mikroalgler, açık yuvarlanma yolu havuzları ve kapalı fotobiyoreaktörler 13,14,15,16,17,18,19 dahil olmak üzere çeşitli yetiştirme sistemlerinde veya reaktörlerde büyüyebilir ve biyolojik dönüşüm sağlayabilir. Araştırmacılar, iç veya dış mekan koşulları altında her iki yetiştirme sisteminde biyoprosesin başarısını belirleyen avantajları ve sınırlamaları incelemişlerdir 5,6,16,20,21,22,23,24,25 . Açık yuvarlanma yolu havuzları, baca gazının doğrudan yığından dağıtılabildiği durumlarda karbon yakalama ve kullanım için en yaygın yetiştirme sistemleridir. Bu tür bir yetiştirme sistemi nispeten ucuzdur, ölçeklendirilmesi kolaydır, düşük enerji maliyetlerine sahiptir ve karıştırma için düşük enerji gereksinimlerine sahiptir. Ek olarak, bu sistemler CCU prosesini daha verimli hale getirmek için enerji santrali ile kolayca birlikte yerleştirilebilir. Bununla birlikte, CO2 gaz / sıvı kütle transferindeki sınırlama gibi dikkate alınması gereken bazı dezavantajlar vardır. Sınırlamalar olmasına rağmen, açık yuvarlanma yolu havuzları dış mekan mikroalgal biyoyakıt üretimi için en uygun sistem olarak önerilmiştir 5,9,11,16,20.

Bu makalede, bir doğal gaz santralinin baca gazından karbon yakalamayı birleştiren açık yuvarlanma yolu havuzlarında mikroalg yetiştiriciliği için bir yöntemi detaylandırıyoruz. Yöntem, kültür pH’ına dayalı baca gazı enjeksiyonunu kontrol eden yarı otomatik bir sistemden oluşur; Sistem, optik yoğunluk, çözünmüş oksijen (DO), elektroiletkenlik (EC) ve hava ve havuz sıcaklık sensörlerini kullanarak Chlorella sorokiniana kültür durumunu gerçek zamanlı olarak izler ve kaydeder. Alg biyokütlesi ve baca gazı enjeksiyon verileri, Tucson Elektrik Enerjisi tesisinde her 10 dakikada bir veri kaydedici tarafından toplanır. Yosun suşu bakımı, ölçek büyütme, kalite kontrol ölçümleri ve biyokütle karakterizasyonu (örneğin, optik yoğunluk, g / L ve lipit içeriği arasındaki korelasyon) Arizona Üniversitesi’ndeki bir laboratuvar ortamında gerçekleştirilir. Önceki bir protokol, bilgisayar simülasyonu26 aracılığıyla fotobiyoreaktörlerde mikroalg büyümesini teşvik etmek için baca gazı ayarlarını optimize etmek için bir yöntem özetledi. Burada sunulan protokol, açık yuvarlanma yolu havuzlarını kullanması ve üretilen baca gazının doğrudan kullanılması için bir doğal gaz santralinde yerinde uygulanmak üzere tasarlanması bakımından benzersizdir. Ek olarak, gerçek zamanlı optik yoğunluk ölçümleri protokolün bir parçasıdır. Tarif edildiği gibi sistem, düşük yağış, yıldan yıla yağışlarda önemli değişkenlik, düşük bağıl nem, yüksek buharlaşma oranları, berrak gökyüzü ve yoğun güneş radyasyonu sergileyen sıcak yarı kurak bir iklim (Köppen BSh) için optimize edilmiştir27.

Protocol

1. Büyüme sistemi: açık açık yarış pisti gölet ayarları Açık yuvarlanma yolu havuzlarını baca gazı kaynağına yakın bir yere kurun (%8-10 CO2 içerir). Gölet reaktörünün bulunduğu yerde su ve elektriğin mevcut olduğundan ve reaktörün günün çoğunda gölgede olmadığından emin olun (Şekil 1). Yanma sonrası işlem sırasında, baca gazı atmosfere boşaltılmak üzere yığına girmeden birkaç metre önce, 0,95 cm’lik bir yakıt …

Representative Results

Laboratuvarımızdan elde edilen önceki deneysel sonuçlar, yarı otomatik bir açık yuvarlanma yolu havuzu kullanılarak mikroalg yetiştiriciliğinin karbon yakalama işlemleriyle birleştirilebileceğini göstermektedir. Bu iki süreç arasındaki sinerjiyi daha iyi anlamak için (Şekil 2), bir protokol geliştirdik ve yeşil alg türleri Chlorella sorokiniana’yı sıcak yarı kurak bir iklimde dış mekan koşullarında yetiştirmek için uyarladık. Doğal gaz baca gazı, en…

Discussion

Bu çalışmada, baca gazı karbon yakalama ve mikroalg yetiştiriciliğinin sinerjik olarak bağlanmasının sıcak yarı kurak bir iklimde mümkün olduğunu gösterdik. Yarı otomatik yuvarlanma yolu gölet sistemi için deneysel protokol, baca gazını karbon kaynağı olarak kullanırken alg büyümesiyle ilişkili ilgili parametreleri gerçek zamanlı olarak izlemek için en son teknolojiyi entegre eder. Önerilen protokol, yuvarlanma yolu havuzlarının ana dezavantajlarından biri olan alg yetiştiriciliğindeki …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma, ABD Enerji Bakanlığı DE-EE0006269 Bölgesel Alg Hammadde Test Yatağı projesi ile desteklenmiştir. Ayrıca Esteban Jimenez, Jessica Peebles, Francisco Acedo, Jose Cisneros, RAFT Ekibi, Mark Mansfield, UA enerji santrali personeli ve TEP enerji santrali personeline tüm yardımları için teşekkür ederiz.

Materials

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. . The Intergovernmental Panel on Climate Change Available from: https://www.ipcc.ch/ (2018)
  2. 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).
  3. Litynski, J., Klara, S., McIlvried, H., Srivastava, R. The United States Department of Energy’s Regional Carbon Sequestration Partnerships program: A collaborative approach to carbon management. Environ International. 32 (1), 128-144 (2006).
  4. Cuellar-Bermudez, S., Garcia-Perez, J., Rittmann, B., Parra-Saldivar, R. Photosynthetic Bioenergy Utilizing CO2: an Approach on Flue Gases Utilization for Third Generation Biofuels. Journal of Clean Production. 98, 53-65 (2014).
  5. Cheah, W., Show, P., Chang, J., Ling, T., Juan, J. Biosequestration of Atmospheric CO2 and Flue Gas-Containing CO2 by Microalgae. Bioresource Technology. 184, 190-201 (2014).
  6. Kao, C., et al. Utilization of Carbon Dioxide in Industrial Flue Gases for the Cultivation of Microalga Chlorella sp. Bioresource Technology. 166, 485-493 (2014).
  7. White, C., Strazisar, B., Granite, E., Hoffman, S., Pennline, H. Separation and Capture of CO2 from Large Stationary Sources and Sequestration in Geological Formations. Journal of the Air and Waste Management Association. 53 (10), 1172-1182 (2003).
  8. Benemann, J. CO2 Mitigation with Microalgae Systems. Pergamon Energy Conversion Management Journal. 38, 475-479 (1997).
  9. U.S.Department of Energy. The Capture , Utilization and Disposal of Carbon Dioxide from Fossil Fuel-Fired Power Plants. Energy. 2, (1993).
  10. Granite, E., O’Brien, T. Review of Novel Methods for Carbon Dioxide Separation from Flue and Fuel Gases. Fuel Processesing Technology. 86 (14-15), 1423-1434 (2005).
  11. Benemann, J. Utilization of Carbon Dioxide from Fossil Fuel-Burning Power Plants with Biological Systems. Energy Conversion and Management. 34 (9-11), 999-1004 (1993).
  12. Joshi, C., Nookaraju, A. New Avenues of Bioenergy Production from Plants: Green Alternatives to Petroleum. Journal of Petroleum & Environmental Biotechnology. 03 (07), 3 (2012).
  13. Chisti, Y. Constraints to commercialization of algal fuels. Journal of Biotechnology. 22, 166-186 (2013).
  14. Han, S., Jin, W., Tu, R., Wu, W. Biofuel production from microalgae as feedstock: current status and potential. Critical Reviews in Biotechnology. 35 (2), 255-268 (2015).
  15. Lam, M., Lee, K. Potential of using organic fertilizer to cultivate Chlorella vulgaris for biodiesel production. Applied Energy. 94, 303-308 (2012).
  16. de Godos, I., et al. Evaluation of carbon dioxide mass transfer in raceway reactors for microalgae culture using flue gases. Bioresource Technology. 153, 307-314 (2014).
  17. Posten, C., Schaub, G. Microalgae and terrestrial biomass as source for fuels a process view. Journal of Biotechnology. 142 (1), 64-69 (2009).
  18. Demirbas, M. Biofuels from algae for sustainable development. Applied Energy. 88 (10), 3473-3480 (2011).
  19. Shelef, G., Sukenik, A., Green, M. . Microalgae Harvesting and Processing A Literature Review. , (1984).
  20. Pawlowski, A., Mendoza, J., Guzmán, J., Berenguel, J., Acién, F., Dormido, S. Effective utilization of flue gases in raceway reactor with event-based pH control for microalgae culture. Bioresource Technology. 170, 1-9 (2014).
  21. Zhu, B., Sun, F., Yang, M., Lu, L., Yang, G., Pan, K. Large-scale biodiesel production using flue gas from coal-fired power plants with Nannochloropsis microalgal biomass in open raceway ponds. Bioresource Technology. 174, 53-59 (2014).
  22. Kaštánek, F., et al. In-field experimental verification of cultivation of microalgae Chlorella sp. using the flue gas from a cogeneration unit as a source of carbon dioxide. Waste Management & Research. 28 (11), 961-966 (2010).
  23. Yadav, G., Karemore, A., Dash, S., Sen, R. Performance evaluation of a green process for microalgal CO2 sequestration in closed photobioreactor using flue gas generated in-situ. Bioresource Technology. 191, 399-406 (2015).
  24. Zhao, B., Su, Y., Zhang, Y., Cui, G. Carbon dioxide fixation and biomass production from combustion flue gas using energy microalgae. Energy. 89, 347-357 (2015).
  25. He, L., Chen, A., Yu, Y., Kucera, L., Tang, Y. Optimize Flue Gas Settings to Promote Microalgae Growth in Photobioreactors via Computer Simulations. Journal of Visualized Experiments. (80), e50718 (2013).
  26. He, L., Subramanian, V., Tang, Y. Experimental analysis and model-based optimization of microalgae growth in photo-bioreactors using flue gas. Biomass and Bioenergy. 41, 131-138 (2012).
  27. Pidwirny, M. . Fundamentals of Physical Geography, 2nd ed. , (2006).
  28. Van Den Hende, S., Vervaeren, H., Boon, N. Flue gas compounds and microalgae: (Bio-) chemical interactions leading to biotechnological opportunities. Biotechnology Advances. 30 (2012), 1405-1424 (2012).
  29. Jia, F., Kacira, M., Ogden, K. Multi-wavelength based optical density sensor for autonomous monitoring of microalgae. Sensors (Switzerland). 15 (9), 22234-22248 (2015).
  30. Unkefer, C., et al. Review of the algal biology program within the National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts. Algal Research. 22, 187-215 (2017).
  31. Neofotis, P., et al. Characterization and classification of highly productive microalgae strains discovered for biofuel and bioproduct generation. Algal Research. 15, 164-178 (2016).
  32. Huesemann, M., Van Wagenen, J., Miller, T., Chavis, A., Hobbs, S., Crowe, B. A screening model to predict microalgae biomass growth in photobioreactors and raceway ponds. Biotechnology Bioengineering. 110 (6), 1583-1594 (2013).
  33. Huesemann, M., et al. Estimating the Maximum Achievable Productivity in Outdoor Ponds: Microalgae Biomass Growth Modeling and Climate Simulated Culturing. Microalgal Production for Biomass and High-Value Products. 28 (2016), 113-137 (2016).
  34. Ramezan, M., Skone, T., Nsakala, N., Lilijedahl, G. . Carbon Dioxide Capture from Existing Coal-Fired Power Plants. , 268 (2007).
  35. Huesemann, M., et al. A validated model to predict microalgae growth in outdoor pond cultures subjected to fluctuating light intensities and water temperatures. Algal Research. 13, 195-206 (2016).
  36. Mendoza, J., et al. Fluid-dynamic characterization of real-scale raceway reactors for microalgae production. Biomass and Bioenergy. 54, 267-275 (2013).
  37. Algae Cultivation for Carbon Capture and Utilization Workshop. . Algae Cultivation for Carbon Capture and Utilization Workshop. , (2017).
  38. Park, J., Craggs, R., Shilton, A. Wastewater treatment high rate algal ponds for biofuel production. Bioresource Technology. 102 (1), 35-42 (2011).
  39. Mata, T., Martins, A., Caetano, N. Microalgae for biodiesel production and other applications: A review. Renewewable and Sustainable Energy Reviews. 14 (1), 217-232 (2010).
  40. Qiu, R., Gao, S., Lopez, P., Ogden, K. Effects of pH on cell growth, lipid production and CO2 addition of microalgae Chlorella sorokiniana. Algal Research. 28, 192-199 (2017).
  41. Molina Grima, E., Fernández, F., Garcıa Camacho, F., Chisti, Y. Photobioreactors: light regime, mass transfer, and scaleup. Journal of Biotechnology. 70 (1-3), 231-247 (1999).
  42. Padmanabhan, Y. P. Technical insight on the requirements for CO2-saturated growth of microalgae in photobioreactors. 3 Biotech. 7 (2), 1-7 (2017).
  43. Vonshak, A., Torzillo, G. Environmental Stress Physiology. Handbook of Microalgal Culture. 4 (2007), 57-82 (2007).
  44. Morales, M., Sánchez, L., Revah, S. The impact of environmental factors on carbon dioxide fixation by microalgae. Federation of European Microbiological Society Microbiology Letters. 365 (3), 1-11 (2018).
  45. Cuaresma, M., Janssen, M., Vílchez, C., Wijffels, R. Horizontal or vertical photobioreactors? How to improve microalgae photosynthetic efficiency. Bioresource Technology. 102 (8), 5129-5137 (2011).
  46. Richmond, A., Zou, N. Efficient utilisation of high photon irradiance for mass production of photoautotrophic micro-organisms. Journal of Applied Phycology. 11 (1), 123-127 (1999).
  47. Kurpan, D., Silva, A., Araújo, O., Chaloub, R. Impact of temperature and light intensity on triacylglycerol accumulation in marine microalgae. Biomass and Bioenergy. 72, 280-287 (2015).
  48. Maedal, K., Owadai, M., Kimura, N., Karubd, I. CO2 fixation from the flue gas on coal-fired thermal power plant by microalgae To screen microalgac which arc suitable for direct CO2 fixation , microalgae were sampled from. Energy Conversion Managment. 36 (6-9), 717-720 (1995).
  49. Sakai, N., Sakamoto, Y., Kishimoto, N., Chihara, M., Karube, I. Strain from Hot Springs Tolerant to High Temperature and high CO2. Energy Conversion Managment. 36 (6-9), 693-696 (1995).
  50. Lam, M., Lee, K., Mohamed, A. Current status and challenges on microalgae-based carbon capture. International Journal of Greenhouse Gas Control. 10, 456-469 (2012).
  51. Raeesossadati, M., Ahmadzadeh, H., McHenry, M., Moheimani, N. CO2 Bioremediation by Microalgae in Photobioreactors: Impacts of Biomass and CO2 Concentrations, Light, and Temperature. Algal Research. 6, 78-85 (2014).
  52. Mendoza, J., et al. Oxygen transfer and evolution in microalgal culture in open raceways. Bioresource Technology. 137, 188-195 (2013).
  53. Carvalho, A., Malcata, F., Meireles, A. Microalgal Reactors A Review of Enclosed System Designs and Performances. Biotechnology Progress. 22 (6), 1490-1506 (2006).
  54. Pires, J., Alvim-Ferraz, M., Martins, F., Simões, M. Carbon dioxide capture from flue gases using microalgae: Engineering aspects and biorefinery concept. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 16 (5), 3043-3053 (2012).
  55. Lam, M., Lee, K. Microalgae biofuels: A critical review of issues, problems and the way forward. Biotechnology Advances. 30 (3), 673-690 (2012).
  56. Chisti, Y. Biodiesel from microalgae beats bioethanol. Trends in Biotechnology. 26 (3), 126-131 (2008).
  57. K̈oppen, W., Volken, E., Brönnimann, S. The Thermal Zones of the Earth According to the duration of Hot, Moderate and Cold Periods and to the Impact of Heat on the Organic. Meteorologische Zeitschrift. 20 (3), 351-360 (2011).
  58. Lammers, P., et al. Review of the Cultivation Program within the National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts. Algal Research. 22, 166-186 (2017).

Tags

Keywords: Carbon CaptureMicroalgae CultivationOpen Raceway PondsSemi-automated SystemPH ControlFlue Gas UtilizationReal-time MonitoringAlgae Culture
check_url/kr/61498?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Acedo, M., Gonzalez Cena, J. R., Kiehlbaugh, K. M., Ogden, K. L. Coupling Carbon Capture from a Power Plant with Semi-automated Open Raceway Ponds for Microalgae Cultivation. J. Vis. Exp. (162), e61498, doi:10.3791/61498 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image