Um protocolo é descrito para utilizar o dióxido de carbono no gás de usina de gás natural para cultivar microalgas em lagoas abertas de pista. A injeção de gás de flue é controlada com um sensor de pH, e o crescimento das microalgas é monitorado com medições em tempo real da densidade óptica.
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Artigo de método
Acoplamento da captura de carbono de uma usina com lagoas abertas semi-automatizadas para cultivo de microalgas
Neste artigo
Resumo
Resumo
Nos Estados Unidos, 35% das emissões totais de dióxido de carbono (CO2) vêm da indústria de energia elétrica, das quais 30% representam a geração de eletricidade a gás natural. As microalgas podem biofixar CO2 10 a 15 vezes mais rápido que as plantas e converter biomassa de algas em produtos de interesse, como biocombustíveis. Assim, este estudo apresenta um protocolo que demonstra as sinergias potenciais do cultivo de microalgas com uma usina de gás natural situada no sudoeste dos Estados Unidos em um clima semiárido quente. Tecnologias de última geração são usadas para melhorar a captura e utilização de carbono através da espécie de algas verdes Chlorella sorokiniana, que pode ser processada ainda mais em biocombustível. Descrevemos um protocolo envolvendo uma lagoa de pista aberta semi-automatizada e discutimos os resultados de seu desempenho quando foi testado na usina de Energia Elétrica Tucson, em Tucson, Arizona. O gás de flua foi usado como a principal fonte de carbono para controlar o pH, e Chlorella sorokiniana foi cultivada. Um meio otimizado foi usado para cultivar as algas. A quantidade de CO2 adicionada ao sistema em função do tempo foi monitorada de perto. Além disso, outros fatores físico-químicos que afetam a taxa de crescimento de algas, a produtividade da biomassa e a fixação de carbono foram monitorados, incluindo densidade óptica, oxigênio dissolvido (DO), eletrocondutividade (CE) e temperaturas de ar e lagoa. Os resultados indicam que um rendimento de microalgas de até 0,385 g/L de peso seco sem cinzas é alcançável, com um teor lipídetivo de 24%. Aproveitar as oportunidades sinérgicas entre emissores de CO2 e agricultores de algas pode fornecer os recursos necessários para aumentar a captura de carbono, ao mesmo tempo em que apoia a produção sustentável de biocombustíveis e bioprodutos de algas.
Introdução
O aquecimento global é uma das questões ambientais mais importantes que o mundo enfrenta hoje1. Estudos sugerem que a principal causa é o aumento das emissões de gases de efeito estufa (GEE), principalmente CO2, na atmosfera devido às atividades humanas 2,3,4,5,6,7. Nos EUA, a maior densidade de emissões de CO2 é originária principalmente da combustão de combustíveis fósseis no setor de energia, especificamente usinas de geraçã....
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Protocolo
1. Sistema de crescimento: configurações de lagoa aberta ao ar livre
- Configure as lagoas abertas de pista perto da fonte de gás de chaminática (contendo 8-10% DE CO2). Certifique-se de que a água e a eletricidade estão disponíveis no local do reator da lagoa e que o reator não está à sombra na maior parte do dia (Figura 1).
- Capture o gás de fluída durante o processo pós-combustão usando uma mangueira de combustível de 0,95 cm, alguns metros antes do gás da chaminé entrar na pilha para ser descarregado na atmosfera (Figura 2).
- Remova a água do gás de chaminé usando uma ....
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Resultados
Resultados experimentais anteriores do nosso laboratório indicam que o cultivo de microalgas usando uma lagoa de pista aberta semi-automatizada pode ser acoplado a processos de captura de carbono. Para entender melhor a sinergia entre esses dois processos (Figura 2), desenvolvemos um protocolo e o adaptamos para cultivar a espécie de algas verdes Chlorella sorokiniana em condições ao ar livre em um clima semiárido quente. O gás de flua a gás natural foi obtido a partir de uma usina .......
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Discussão
Neste estudo, demonstramos que o acoplamento sinérgico da captura de carbono do gás fluído e o cultivo de microalgas é possível em um clima semiárido quente. O protocolo experimental para o sistema semi-automatizado de lagoas de pista de corrida integra tecnologia de ponta para monitorar parâmetros relevantes em tempo real que se correlacionam com o crescimento de algas ao usar gás de chaminé como fonte de carbono. O protocolo proposto visa reduzir a incerteza no cultivo de algas, que é uma das principais desvantagens da.......
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Divulgações
Os autores não têm nada a revelar.
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado através do projeto Regional Algal Feedstock Testbed, Departamento de Energia dos EUA DE-EE0006269. Agradecemos também a Esteban Jimenez, Jessica Peebles, Francisco Acedo, Jose Cisneros, RAFT Team, Mark Mansfield, funcionários da usina de energia UA e funcionários da usina tep por toda a sua ajuda.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Motor de velocidade ajustável (sistema de roda de pás) | Leeson | 174307 | Lição 174307.00, tipo: Tensão SCR; Amps:10 |
| Barcos de peso de alumínio | Fisher Scientific | 08-732-102 | Pratos de pesagem de alumínio Fisherbrand |
| Ferro amônio (III) (NH?)? [Fe(C?H? O?)?] | Fisher Scientific | 1185 - 57 - 5 | Preparação média. Citrato de ferro amônio (III) |
| Fosfato de amônio | Sigma-Aldrich | 7722-76-1 | Este produto químico é usado para o meio otimizado |
| Sal de sódio de ampicilina | Sigma Aldrich | A9518-5G | Este produto químico é usado para evitar a contaminação por algas |
| Autoclave | Amerex Instrument Inc | Hirayama HA300MII | |
| Bacto Agar | Fisher Scientific | BP1423500 | Fisher BioReagents Alvejante de Ágar Granulado |
| Clorox | Alvejante Germicida, concentrado clorox | ||
| Ácido bórico (H3BO3) | Fisher Scientific | 10043-35-3 | Oligoelementos: Ácido bórico |
| Cloreto de cálcio di-hidratado (CaCl2*2H2O) | Sigma-Aldrich | 10035-04-8 | Preparação média. Garrafões de cloreto de cálcio dihidratado |
| (20 L) | Nalgene - Thermo Fisher Scientific | 2250-0050PK | Garrafão de Polipropileno com |
| Alças Centrífuga | Beckman Coulter, Inc | J2-21 | |
| Clorofórmio | Sigma-Aldrich | 67-66-3 | Este produto químico é usado para extração de lipídios |
| Citraplex 20% Ferro | Produtos Loveland SDS | No. 1000595582 -17-LPI | https://www.fbn.com/direct/product/Citraplex-20-Iron#product_info |
| Nitrato de cobalto (II) hexahidratado (Co(NO3)2*6H2O) | Sigma-Aldrich | 10026-22-9 | Oligoelementos: Nitrato de cobalto (II) hexahidratado |
| Compressor | Makita | MAC700 | Este equipamento é usado para o sistema de injeção de CO2 |
| Válvula de controle | Sierra Instruments | SmartTrak 100 | Este item precisa ser personalizado para sua aplicação. No nosso caso, foi utilizada uma mistura de 5% de CO2 e 95% de ar. |
| Sulfato de cobre (II) pentahidratado (CuSO4*5H2O) | Sigma-Aldrich | 7758-99-8 | Oligoelementos: Sulfato de cobre (II) pentahidratado |
| Registrador de dados: Unidade Campbell CR3000 | Scientific Campbell | CR3000 | Este equipamento é usado para controlar todo o sistema, motorização e registro de dados |
| de oxigênio dissolvida | Campbell Scientific | 14055 | Solução eletrolítica de oxigênio dissolvido DO6002 - Lote nº. 211085 |
| sonda de oxigênio dissolvido | Sensorex | ? | Sensor de oxigênio dissolvido DO6400/T com comunicação digital |
| Solução de calibração de eletrocondutividade | Ricca Chemical Company | 2245 - 32 ( R2245000-1A )Padrão de | condutividade, 5000 uS/cm a 25C (2620 ppm TDS como NaCl) |
| Sensor de sonda de eletrocondutividade | Hanna Instruments | HI3003/D | Sonda de condutividade de fluxo - Sensor NTC, Conector DIN, cabo de 3m |
| Sal dissódico de ácido etilenodiaminotetracético di-hidratado (Na2EDTA*2H2O) | Sigma-Aldrich | 6381-92-6 | Preparação Média: Filtros de sal dissódico de ácido etilenodiaminotetracético dihidratado |
| Fisher Scientific | 09-874-48 | Whatman Binder-Free Glass Microfiber Filters | |
| Frascos | Fisher scientific | 09-552-40 | Pyrex Fernbach |
| Furnace | Hogentogler | Modelo: F6020C-80 | Thermo Sicentific Thermolyne F6020C - 80 Mufla |
| Forno Dessecador | de VidroVWR International LLC | 75871-430 | Tipo 150, 140 mm de diâmetro |
| Funil de vidro | Fisher Scientific | FB6005865 | Fisherbrand Funis de haste longa de vidro reutilizáveis |
| Capa de fluxo laminar | Fisher Hamilton Safeair | Fisher Hamilton Capa de hume Safeair inoxidável Fisher Hamilton | |
| Sulfato de magnésio heptahidratado (MgSO4*7H2O) | Fisher Scientific | 10034 - 99 - 8 | Medium Preparação: Magnésio sulfato heptahidratado |
| Metanol | Sigma-Aldrich | 67-56-1 | Solvente de extração de lipídios |
| Micro bolha Difusor | Pentair Aquatic Eco-Systems | 1PMBD075 | Este equipamento é usado para o sistema de injeção de CO2 |
| Microalgas: Chlorella Sorokiniana | NAABB | DOE 1412 | |
| Microoscope | Carl Zeiss 4291097 | ||
| Assistente de microondas extração | MARS, CEM Corportation | CEM Mars 5 Xtraction 230/60 Sistema de Reação Acelerada por Microondas. Modelo: 907601 | |
| MnCl2*4H2O | Sigma-Aldrich | 13446-34-9 | Cloreto de manganês (II) tetrahidratado |
| Argamassas | Fisher Scientific | FB961B | Argamassas de porceleína Fisherbrand |
| Evaporador de nitrogênio | Organomation | N-EVAP 112 Evaporatpr de nitrogênio (Sistema de aquecimento OA-SYS) | |
| Forno | VWR International LLC | 89511-410 | Forno de ar forçado |
| Hélice | eixo horizontal de 8 pás. Isso geralmente vem como parte do reator da roda de pás. | ||
| Motor de roda de pás | Leeson | M1135042.00 | Leeson, Modelo: CM34025Nz10C; 1/4 HP; Volts 90; FR 34; 62 RPM. |
| Pilões | Fisher Scientific | FB961M | Fisherbrand pilões de porceleína |
| e EC Transmissor | Hanna Instruments | HI98143 | Hanna Instruments HI98143-04 pH e EC Transmissor com isolado galvânico 0-4V. |
| Soluções de calibração de pH | Fisher Scientific | 13-643-003 | Garrafas tampão de pH Thermo Scientific Orion |
| Sensor de sonda de pH | Hanna Instruments | HI1006-2005 | Hanna Instruments HI1006-2005 Eletrodo de pH de Teflon com pino correspondente de 5m. |
| Pontas Pippete | Fisher Scientific | 1111-2821 | 1000 ul Ponta azul graduada TipOne em racks |
| Pippetter | Fisher Scientific | 13-690-032 | Eppendorf Reserch plus Pipetas de Volume Variável Ajustável: Cubetas de plástico de canal único |
| Fisher scientific | 14377017 | BrandTech MARCA Placas de cubetas de plástico | |
| Fisher scientific | 08-757-100D | Placas de Petri bacteriológicas Corning Falcon com | |
| potassa | Este produto químico é usado para a preparação do meio otimizado. Foi comprado em uma empresa local de fertilizantes | ||
| Fosfato de potássio dibásico (K2HPO4) | Sigma-Aldrich | 7758 -11 - 4 | Medium Preparação: Fosfato de potássio dibásico |
| Garrafas de armazenamento de mídia reutilizáveis Pyrex | Fisher scientific | 06-414-2A | 1 L e 2 L bottels - PYREX GL45 Tampas de rosca com selos de plugue |
| Raceway Pond | Equipamento semelhante pode ser comprado em https://microbioengineering.com/products | ||
| Sensor de densidade óptica em tempo real | Universidade do Arizona | Este equipamento foi projetado e construído por um membro do grupo | |
| Cabo RS232 | Sabrent | Sabrent USB 2.0 para Serial (9 pinos) DB-9 Cabo conversor RS-232, chipset prolífico, Hexnuts, [Windows 10 / 8.1 / 8/7 / VISTA / XP, Mac OS X 10.6 e acima] 2.5 pés (CB-DB9P) | |
| Mesa | agitadoraAgitação de algas 150 rpm | ||
| Carbonato de sódio (Na2CO3) | Sigma-Aldrich | 497-19-8 | Carbonato de sódio |
| Molibdato de sódio di-hidratado (Na2MoO4*2H2O) | Sigma-Aldrich | 10102-40-6 | Meio Preparação: Molibdato de sódio di-hidratado |
| Nitrato de sódio (NaNO3) | Sigma-Aldrich | 7631-99-4 | Meio Preparação: Nitrato de sódio |
| Espectrofotômetro | Fisher Scientific Empresa | 14-385-400 | Thermo Fisher Scientific - 10S UV-Vis GENESTYS Espectrofotômetro cilíndrico Suporte de célula Longpath; dectector de referência interna, lâmpada de flash de xenônio; fotodiodo de silício duplo; 240V, 50 a 60Hz selecionado automaticamente. |
| Tubos de ensaio | Fisher Scientific | 14-961-27 | Fisherbrand Tubos de vidro borosilicato descartáveis com extremidade lisa (10 ml) |
| Termopares tipo K | Omega | KMQXL-125G-6 | |
| Ureia | Sigma-Aldrich | 2067-80-3 | |
| de filtragem a vácuo | Fisher Scientific | XX1514700 | Suporte para Filtro de Vácuo de Vidro MilliporeSigma, 47 mm. O sistema inclui: Acessório de frasco de vidro fosco, suporte de filtro de vidro de frita grossa e frasco |
| Bomba de vácuo | Grainger | Marathon Protegido termicamente G588DX - MOD 5KH36KNA510X. HP 1/4. RPM 1725/1425 | |
| Sulfato de zinco heptahidratado (ZnSO4 * 7H2O) | Sigma-Aldrich | 7446-20-0 | Sulfato de zinco heptahidratado |
Referências
- 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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Reimpressões e permissões
