بررسی حذف دی‌اکسیدکربن از احتراق‌ متان و تولید زیست‌توده در فتوبیوراکتور با استفاده از ریزجلبک اسپیرولینا

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، مهندسی بهداشت محیط، دانشگاه علوم پزشکی مازندران، ساری

2 کمیته تحقیقات دانشجویی، دانشگاه علوم پزشکی مازندران، ساری

3 ستادیار، بیوتکنولوژی، پژوهشکده اکولوژی و شیلات دریای خزر، ساری

4 کارشناس ارشد، مهندسی بهداشت محیط، دانشگاه علوم پزشکی مازندران، ساری

چکیده

هدف از این مطالعه تعیین میزان حذف دی­اکسیدکربن و تولید­ زیست­توده در فتوبیوراکتور با استفاده از ریزجلبک اسپیرولینا با تزریق گازهای حاصل از احتراق متان بود. آزمایش­ها با ساخت فتوبیوراکتور و تزریق مداوم هوا و گاز احتراق، به­صورت جداگانه، به راکتورهای حاوی محیط کشت فاقد هرگونه منبع کربن انجام شد. دی­اکسیدکربن  مورد نیاز در راکتور کنترل، از هوا و در راکتورهای آزمایش، از گاز احتراق تامین می­شد. دبی جریان گاز عبوری از راکتور 5/1 لیتر بر دقیقه بود. منبع نور به دو صورت مصنوعی و طبیعی بود. نور مصنوعی با چهار عدد لامپ­  فلورسنت با شدت روشنایی 10 کیلولوکس در سطح مماس بر فتوبیوراکتور و در دو حالت پیوسته و متناوب آزمایش شد. غلظت دی­ اکسیدکربن ورودی به راکتورها در محدوده 580 تا 5000 قسمت در میلیون انتخاب شد و به­­وسیله دستگاه CO2 سنج اندازه­گیری شد. میزان تولید زیست­توده جلبک و همچنین تغییرات pH محلول اندازه­گیری شد. حداکثر میزان تولید جلبک با دی­اکسیدکربن هوا و جریان احتراق گاز متان حاوی4100 قسمت در میلیون دی­اکسیدکربن، پس از هشت روز، تحت تابش نور متناوب به­ترتیب به 07/0و 2/0 گرم در لیتر در روز و حداکثر غلظت زیست­توده به­ترتیب به 25/0 و 04/1 گرم در لیتر رسید. میزان تثبیت دی­اکسیدکربن با غلظت 3300 و 4100 قسمت در میلیون تحت تابش نور متناوب به­ترتیب به 5/2 و 13/3 درصد رسید. تولید زیست­توده در نور مصنوعی متناوب 35 درصد کمتر از آزمایش با  نور ثابت بود.  با افزایش غلظت دی­اکسیدکربن در گاز احتراق، میزان تولید زیست­توده افزایش یافت. گاز حاصل از احتراق متان بدون پیش­تصفیه در فتوبیوراکتور تزریق شد و حذف دی­اکسیدکربن و تولید جلبک صورت گرفت.

کلیدواژه‌ها


  1. Y. Chiu and Etall, “Reduction of CO2 by a High-Density Culture of Chlorella Sp in a Semicontinuous Photobioreactor,” Bioresource Technology, 99, 2008, pp. 3389-3396.
  2. www.CO2.earth, Accessed 5 Feb 2017.
  3. M. Lam, k. Lee and A. Mohamed. “Current Status and Challenges on Microalgae-Based Carbon Capture,” International Journal ofGreenhouse Gas Control, 10, 2012, pp. 456-469.
  4. R. k. Richter, T. Ming and S. Caillol. “Fighting Global Warming by Photocatalytic Reduction of CO2 using Giant Photo Catalytic Reactors,” Renewable and Sustainable Energy Reviews 19, 2013, pp. 82-106.
  5. A. Toledo-Cervantes, M. Morales, E. Eberto, Novelo and S. Revah. “Carbon Dioxide Fixation and Lipid Storage by Scenedesmus Obtusiusculus,” Bioresource Technology, 130, 2013, pp. 652-658.
  6. S. Huo, R. Dong, Z. Wang, C. Pang, Z. Yuan, S. Zhu and L. Chen. “Available Resources for Algal Biofuel Development in China,” Energies, 4, 2011, pp. 1321-1335.
  7. O. Bolland and S. Saether, “New Concepts for Natural Gas Fired Power Plants Cultures,” Bioresource Technology, 102, 2011, pp. 9135-9142.
  8. M. Songolzadeh, M. Soleimani, M. Takht Ravanchi and R. Songolzadeh, “Carbon Dioxide Separation from Flue Gases: Review Article a Technological Review Emphasizing Reduction in Greenhouse Gas Emissions,” The Scientific World Journal, Vol. 2014, Hindawi Publishing Corporation Article Id 828131, 34 Pages.
  9. H. Herzog, E. Drake and E. Adams, “CO2 Capture, Reuse, and Storage Technologies for Mitigating Global Climate Change,” Doe Order No. De-Af22-96pc01257, Final report of White paper, 1997.
  10. B. Metz, O. Davidson, H. De Coninck, M. Loos and L. Meyer, “Carbon Dioxide Capture and Storage,” IPCC Special Report, Cambridge University Press, USA, 2005.
  11. J. Cheng, Y. Huang, J. Feng, J. Sun, J. Zhou and K. Cen, “Improving CO2 Fixation Efficiency By Optimizing Chlorella Py-Zu1 Culture Conditions in Sequential Bioreactors,” Bioresource Technology, 144, 2013, pp. 321-327.
  12. P. Iancu, V. Pleşu and S. Velea, “Flue Gas CO2 Capture by Microalgae in Photobioreactor: Sustainable Technology,” Chemical Engineering Transaction, 29, 2012. pp. 799-804.
  13. S. Chinnasamy, B. Ramakrishnan, A. Bhatnagar and K. Das, “Biomass Production Potential of a Wastewater Alga Chlorella Vulgaris Arc 1 under Elevated Levels of  CO2 and Temperature,” International Journal of Molecular Science, 10, 2009, pp. 518-532.
  14. H. Kleivdal, U. Miljo Svein and M. Nordvik, “CO2 to Bio,”  Project Final Report, Nordhordland Handverk- og Industrilag (NHIL), Trond Mork-Pedersen, Nofima Anders Haugland, 2012, BTO.www.nhil.no (Accessed 20 May 2016).
  15. K. Sudhakar, M. Premalatha “Techno Economic Analysis of Micro Algal Carbon Sequestration and Oil Production,” International Journal of Chemtech Research, 4, No. 4, Oct-Dec 2012, pp. 1746-1753.
  16. A. Carvalho, L. Meireles and F.  Malcata, “Microalgal Reactors: A Review of Enclosed System Designs and Performances,” Escola Superior De Biotecnologia, 22, Issue 6, pp. 1490-1506, 2006.
  17. R.  Lian He, J. Yinjie Tang, “Experimental Analysis and Model-Based Optimization of Microalgae Growth in Photo-Bioreactors using Flue Gas,” Biomass and Bioenergy, 41, 2012, pp. 131-138.
  18. D. Soletto and L. Binaghi “Effects of Carbon Dioxide Feeding Rate and Light Intensity on the Fed-Batch Pulse-Feeding Cultivation of Spirulina Platensis in Helical Photo Bioreactor,” Biochemical Engineering Journal, 39, 2008, pp.369-375.
  19. A. Omidvar and E. Amini, “Predicting of Physical Properties and Atomization Characteristics of the Biofuel Derived from Chlamydomonas Microalgae,” Fuel and combustion journal, 3, No. 2, 1389, pp. 47-58. (In Persian)
  20. M. Hnifzadeh, M. Sarrafzadeh and O. Tavakoli, “Carbon Dioxide Biofixation and Biomass Production from Flue Gas of Power Plant using Microalgae,” Second Iranian Conference on Renewable Energy and Distributed Generation (ICREDG),6-8 March 2012. (In Persian)
  21. T. Nakamura, C. Senior, M. Olaizola and S. Masutani, “Capture and Sequestration of Stationary Combustion Systems by Photosynthetic Microalgae,” Proceedings of the First National Conference on Carbon Sequestration, Department of Energy, National Energy Technology, USA, 2001.
  22. M. Guruvaiah, K.  Lee. “Utilization of Flue Gas from Coal Burning Power Plant for Microalgae Cultivation for Biofuel Production,’’  International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering, 3, Issue 8, January 2014, p. 7-10.
  23. S. Chiu, C. Kao, T. Huang, C. Lin, S. Ong, C. Chen, J. Chang, C. Sheng Lin, “Microalgal Biomass Production and On-Site Bioremediation of Carbon Dioxide, Nitrogen Oxide and Sulfur Dioxide from Flue Gas using Chlorella Sp.” Bioresour Technol., 102, No. 19, 2011, pp. 9135-42.
  24. J. Lindblom, Algal Flue Gas Sequestration and Wastewater Treatment: An Industial Experiment, Master of Science Thesis, Industrial Ecology, Royal Institute of Technology Stockholm, Sweden, 2011.
  25. B. Larosi`ere, F. Lopes, A. Goncalves, B. Taidi, M. Benedetti, M. Minier and D. Pareau, “Carbon Dioxide Bio Fixation by Chlorella Vulgaris at Different CO2 Concentrations and Light Intensities,” Engineering in Life Sciences, 14, No. 5, 2014, pp. 1-11.
  26. J. Costa1, M. de Morais, E. Radmann, F. Santana, F. Camerini, M. de Souza, A. Henrard, A. da Rosa and L. janssen, “Biofixation of Carbon Dioxide from Coal Station Flue Gas using Spirulina sp. LEB 18 and Scenedesmus obliquus LEB 22,” African Journal of Microbiology Research, 9, No. 44, 201l, pp. 2202-2208.
  27. M. Sami Ismaiela, Y. El-Ayoutyb, M. Normorea, “Role of pH on antioxidants production by Spirulina (Arthrospira) platensis,” Brazilian journal of Microbiology, 47, 2016, pp. 298-304.
  28. W. Cheah, P. Show, J. Chang, T. Ling and J. Juan. “Biosequestration of Atmospheric CO2 and Flue Gas-Containing CO2 by Microalgae,” Bioresource Technology, 184, 2015, pp. 190-201.
  29. P. Iancu, V. Pleşu and S. Velea. “Flue Gas CO2 Capture by Microalgae in Photobioreactor: a Sustainable Technology,” Chemical Engineering Ransactions, 29, 2012, pp. 799-804.
  30. D. Mariana Anjos, Bruno A. Fernandes, Antonio, A. Vicente Jose, “Optimization of CO2 Bio-Mitigation by Chlorella Vulgaris,” Bioresource Technology, 139, 2013, pp. 149-154.
  31. E. Jacob-Lopes and C. Gimenes Scoparo, M. Isabel Queiroz, T. Teixeira Franco, “Biotransformations of Carbon Dioxide in Photobioreactors,” Energy Conversion and Management, 51, 2010, pp. 894-900.
  32. M. Morais, J. Vieira Costa, “Biofixation of Carbon dioxide by Spirulina sp. and Scenedesmus Obliquus Cultivated in a Three-Stage Serial Tubular Photo Bioreactor,” Journal of Biotechnology, 129, 2007, pp. 439-445.
  33. A. H. G. Cents, D. W. F. Brilman and G. F. Versteeg, “CO2 Absorption in Carbonate/Bicarbonate Solutions: The Danckwerts-Criterion Revisited,” Chemical Engineering Science, 60, 2005, pp. 5830-5835.
  34. T. M. Mata , A. A. Martins and N. S. Caetano, “Microalgae for Biodiesel Production and Other Applications: A review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, 2010, pp. 217-232.  
  35. V. Sankar, D. K. Daniel and A. Krastanov, “Carbon Dioxide Fixation by Chlorella Minutissima Batch Cultures in a Stirred Tank Bioreactor,”Biotechnol & Biotechnol, 25, No. 3, 2011, pp. 2468-2476.
  36. M. Janssen, Cultivation of Microalgae: Effect of Light/Dark Cycles on Biomass Yield, PhD Thesis, Wageningen University, Department of agrotechnology, 2002.