Купить (120 RUB)
|сгенерировать QR код
Открытый доступ
Доступ платный или только для Подписчиков
Разработка технологической схемы утилизации углекислого газа и получения биоводорода при помощи микроводорослей
https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.05.021-029
Аннотация
В статье разработана технологическая схема утилизации углекислого газа (CO2) и получения биоводорода с применением микроводорослей. С учетом нарастающей проблематики выбросов парниковых газов и истощения природных ресурсов, появляется потребность в разработке эффективных и устойчивых методов производства экологически чистой энергии. Микроводоросли, обладающие способностью к поглощению углекислого газа в процессе фотосинтеза, представляют собой инновационное решение. Представленная технологическая схема имеет значительный потенциал в решении актуальных экологических проблем, обеспечивая переход к устойчивой экономике замкнутого цикла.
При поддержке: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-17-20004, https://rscf.ru/ project/24-17-20004/.
Об авторах
К. А. Вельможина
ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»
Россия
Россия
Вельможина Ксения Алексеевна - инженер в
НИЛ «Промышленная экология»
195251, г. Санкт-Петербург, вн. тер. г. Муниципальный округ Академическое, ул. Политехническая, д. 29, литера Б
П. С. Шинкевич
ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»
Россия
Россия
Шинкевич Полина Сергеевна - инженер в
НИЛ «Промышленная экология»
195251, г. Санкт-Петербург, вн. тер. г. Муниципальный округ Академическое, ул. Политехническая, д. 29, литера Б
Н. А. Политаева
ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»
Россия
Россия
Политаева Наталья Анатольевна - профессор Высшей школы гидротехнического и энергетического строительства, профессор, доктор технических наук
195251, г. Санкт-Петербург, вн. тер. г. Муниципальный округ Академическое, ул. Политехническая, д. 29, литера Б
П. Ю. Михеев
ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»
Россия
Россия
Михеев Павел Юрьевич - кандидат технических наук, старший преподаватель Высшей школы гидротехнического и энергетического строительства
Researcher ID: K-1289-2013, Scopus ID: 57202760535
195251, г. Санкт-Петербург, вн. тер. г. Муниципальный округ Академическое, ул. Политехническая, д. 29, литера Б
Список литературы
1. Khan S., Thaher M., Abdulquadir M. et. all. Utilization of Microalgae for Urban Wastewater Treatment and Valorization of Treated Wastewater and Biomass for Biofertilizer Applications. Sustainability. 2023.
2. Lundquist T. J., Woertz I., Benemann J. R. Microalgae for wastewater treatment and biofuels production. ACS National Meeting Book of Abstracts. 2010.
3. Arbib Z., Marín D., Cano R., Saúco et. all. Large-scale demonstration of microalgae-based wastewater biorefineries. In: Integrated Wastewater Management and Valorization Using Algal Cultures, Goksel N. Demirer, Sibel Uludag-Demirer (eds.), Elsevier, pp. 215-234, ISBN 9780323858595. 2022. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85859-5.00007-5
4. Craggs R. J., Lundquist T. J. and Benemann J. R. Wastewater treatment and algal biofuel production. In: Algae for Biofuels and Energy, Dordrecht, Springer Netherlands, 2013. pp. 153-163.
5. Mehrabadi A., Craggs R., Farid M. M. et. all. Wastewater treatment high-rate algal pond biomass for biocrude oil production. Bioresource Technology. 2017. 224/255-264, https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.10.082
6. Acien G., Gómez C., Morillas-España A. et. all. (2023). Wastewater treatment by microalgae-based processes. 10.2166/9781789063547_0077.
7. Abdel-Raouf N., Al-Homaidan A., Ibraheem I. (2012). Microalgae and wastewater treatment. Saudi Journal of Biological Sciences. 19. 257-275. 10.1016/j.sjbs.2012.04.005.
8. Moreno A., Rueda O., Cabrera E., Luna-del-Castillo, J.D., 1990. Standarization in wastewater biomass growth. Ig. Mod. 94 (1), 24-32.
9. Palmer C.M. Algae in american sewage stabilization’s ponds. Rev. Microbiol. (S-Paulo) 5, 75-80. 1974.
10. Зибарев Н. В. Использование электростимуляции при очистке сточных вод пивоваренного производства с помощью микроводорослей / Н. В. Зибарев, Н. А. Политаева, И. А. Левченко // Бутлеровские сообщения. – 2022. – Т. 70, № 6. – С. 96-103. – DOI 10.37952/ROIjbc-01/22-70-6-96. – EDN WRIQFA.
11. Культивирование и использование микроводорослей Chlorella и высших водных растений ряска Lemna / Н. А. Политаева, Ю. А. Смятская, Т. А. Кузнецова [и др.]; Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургская издательско-книготорговая фирма «Наука», 2017. – 87 с. – ISBN 978-5-9999-2883-2. – EDN FSMTGT.
12. Горбунов О. Водоросли против водорослей [Текст] / О. Горбунов // Изобретатель и рационализатор. – 2012. – № 12. – С. 9. – ISSN 0130-1802
13. Собгайда Н. А. Методология очистки сточных вод химических и нефтехимических отраслей промышленности фитосорбентами и модифицированными отходами агропромышленного комплекса [Текст]: автореф. дис. … док.техн. наук: 03.02.08 / Н. А. Собгайда. – Казань, 2011. – 39 с.
14. Лукьянов, В. А. К вопросу использования Chlorella vulgaris для биологической доочистки сточных вод [Текст] / В. А. Лукьянов // Актуальные проблемы агропромышленного производства. – 2013. – С. 49-51.
15. Wang B, Li Y., Wu N., Lan CQ. CO2 bio-mitigation using microalgae. Appl Microbiol Biotechnol 79:707-718 (2008).
16. Zhang, Shuping & Liu, Zhenrong. (2021). Advances in the biological fixation of carbon dioxide by microalgae. Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 96. 10.1002/jctb.6714.
17. Lam M. K., Lee K. T., Mohamed A. R., Current status and challenges on microalgae-based carbon capture. Int. J.Greenhouse Gas Control 10: 456-469 (2012).
18. Singh S. P. and Singh P., Effect of CO2 concentration on algal growth: a review. Renew Sustain Energy Rev 38:172-179 (2014).
19. Razzak S. A., Hossain M. M., Lucky R. A. et. all. Integrated CO2 capture, wastewater treatment and biofuel production by microalgae culturing-a review. Renew Sustain Energy Rev 27:622-653 (2013).
20. Марков С. А. «Использование водорослей для получения биотоплива и удаления избытка углекислого газа из атмосферы» Альтернативная энергетика и экология, №. 2, 2009, pp. 83-90.
21. Politaeva N., Ilin I., Velmozhina K., Shinkevich P. Carbon Dioxide Utilization Using Chlorella Microalgae. Environments 2023. 10. 109. https://doi.org/10.3390/environments10070109
22. Wei L., Shen C., Hajjami M., You W., Wang Q. et al., Knockdown of carbonate anhydrase elevates Nannochloropsis productivity at high CO2 level. Metab Eng 54:96-108 (2019).
23. Ohara H., Biorefinery. Appl Microbiol Biotechnol 62:474-477 (2003).
24. Trivedi J., Aila M., Bangwal D. P., Kaul S. and Garg M. O., Algae based biorefinery-how to make sense? Renew Sustain Energy Rev 47: 295-307 (2015).
25. Sung K. D., Lee J. S., Shin C. S., Park S. C. and Choi M. J., CO2 fixation by Chlorella sp. KR-1 and its cultural characteristics. Bioresour Technol 68: 269-273 (1999).
26. Singh B., Guldhe A., Singh P. et. all. Sustainable production of biofuels from microalgae using a Biorefinary approach, in Applied Environmental Biotechnology: Present Scenario and Future Trends, ed. by Kaushik G. Springer, Berlin, pp. 115–128 (2015).
27. Wiesberg I., Brigagão G. (2017). Carbon dioxide utilization in a microalga-based biorefinery: Efficiency of carbon removal and economic performance under carbon taxation. Journal of Environmental Management. 203. 10.1016/j.jenvman.2017.03.005.
28. Политаева Н. А., Ильин И. В., Опарина А. М., Донецкова А. С. Новые энергетические подходы использования отработанных биосорбентов микроводорослей Chlorella kessleri (Chlorellaceae, Chlorellales). Поволжский экологический журнал. 2022; (3):322-335. https://doi.org/10.35885/1684-7318-2022-3-322-335
29. Aziz M., Zaini I. N., Zaini. Production of hydrogen from algae: Integrated gasification and chemical looping. Energy Procedia 2017, 142, 210-215.
30. Yuan S., Lei W., Liu Q. et. all. Distribution and environmental impact of microalgae production potential under the carbon-neutral target. Energy 2022, 263, 125584.
31. El-Sheekh M., Elshobary M., Abdullah E. et. all. Application of a novel biological-nanoparticle pretreatment to Oscillatoria acuminata biomass and coculture dark fermentation for improving hydrogen production. Microb. Cell Factories 2023, 22, 34.
32. Xu Y., Deng Y., Liu W. et. all. Research progress of hydrogen energy and metal hydrogen storage materials. Sustain. Energy Technol. Assess. 2023, 55, 102974.
33. Singh V., Das D. Potential of hydrogen production from biomass. In Science and Engineering of Hydrogenbased Energy Technologies; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2019; pp. 123-164.
34. Morales T. C., Oliva V. R., Velázquez L. F. Hydrogen from Renewable Energy in Cuba. Energy Procedia 2014, 57, 867-876.
35. Mahidhara G., Burrow H., Sasikala C., Ramana C. V. Biological hydrogen production: Molecular and electrolytic perspectives. World J. Microbiol. Biotechnol. 2019, 35, 116-213.
36. O-Thong S. Microbial population optimization for control and improvement of dark hydrogen fermentation. In Fermentation Processes; Jozala, A. F., Ed.; InTech: Rijeka, Croatia, 2017; pp. 119-144.
37. Yang G., Wang J. Changes in microbial community structure during dark fermentative hydrogen production. Int. J. Hydrogen Energy 2019, 44, 25542-25550.
38. Brar K. K., Cortez A. A., Pellegrini V. O. et. all. An overview on progress, advances, and future outlook for biohydrogen production technology. Int. J. Hydrogen Energy 2022, 47, 37264-37281.
39. Nayak B. K., Roy, S., Das D. Biohydrogen production from algal biomass (Anabaena sp. PCC 7120) cultivated in airlift photobioreactor. Int. J. Hydrogen Energy 2014, 39, 7553-7560.
40. Nagarajan D., Dong C., Chen C., et. all. Biohydrogen production from microalgae – Major bottlenecks and future research perspectives. Biotechnol. J. 2020, 16, e2000124.
41. Benemann J. R. Hydrogen and methane production through microbial photosynthesis. In Living Systems as Energy Converters; Elsevier/North-Holland Biomedical Press: Amsterdam, The Netherlands, 1977; pp. 285-298.
42. Huesemann M. H., Benemann J. R., Biofuels from Microalgae: Review of Products, Processes and Potential, with Special Focus on Dunaliella sp. In The Alga Dunaliella; CRC Press: London, UK, 2009; pp. 445–474.
43. Sallam E. R., Khairy H. M., Elshobary M., Fetouh H. A. Application of algae for hydrogen generation and utilization. In Handbook of Research on Algae as a Sustainable Solution for Food, Energy, and the Environment; El-Sheekh, M. M., Abdullah, N., Ahmad, I., Eds.; IGI Global: Hershey, PA, USA, 2022; pp. 354-378.
44. Benemann, J. Hydrogen biotechnology: Progress and prospects. Nat. Biotechnol. 1996, 14, 1101-1103.
45. Benemann J. R. Hydrogen production by microalgae. J. Appl. Phycol. 2000, 12, 291-300.
46. Nath, K., Das D. Improvement of fermentative hydrogen production: Various approaches. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2004, 65, 520 529.
47. Martínez V. L., Salierno G. L., García R. E., Lavorante M. J., Galvagno M. A., Cassanello M. C. Biological Hydrogen Production by Dark Fermentation in a Stirred Tank Reactor and Its Correlation with the pH Time Evolution. Catalysts 2022, 12, 1366.
48. Ubando, A. T., Chen W. H., Hurt, D.A. et. all. Biohydrogen in a circular bioeconomy: A critical review. Bioresour. Technol. 2022, 366, 128168.
49. Vdovychenko, A., Golub, N. (2022). The effect of gas emissions components on the growth of Chlorella vulgaris microalgae. Visnyk of Lviv University. Biological series. 3-14. 10.30970/vlubs.2022.86.01.
50. García-Cubero R., Moreno F., José G. (2018). Potential of Chlorella vulgaris to Abate Flue Gas. Waste and Biomass Valorization. 9. 10.1007/s12649-017-9987-9.
51. Maeda K., Owada M., Kimura N., Omata K., Karube I. CO2 fixation from the flue gas on coal-fired thermal power plant by microalgae. Energy Convers Manage. 1995; 36: 717-720.
52. Fistarol G., Farias M., Salomon P. (2016). Viability of Using Flue Gases as Carbon Source for Microalgae Cultivation. International Journal of Green Technology. Int J Green Technol. 13-19. 10.30634/2414-2077.2016.02.2.
53. Hanifzade M., Sarrafzadeh M., Tavakoli O. (2012). Carbon dioxide biofixation and biomass production from flue gas of power plant using microalgae. 61-64. 10.1109/ICREDG.2012.6190469.
54. Chien T. W., Chu H. (2000) Removal of SO2 and NO from fue gas by wet scrubbing using an aqueous NaClO2 solution. J Hazard Mater 80(1-3):43-57. https://doi.org/10.1016/s0304-3894(00)00274-0
55. Park J. H., Ahn J. W., Kim K. H., Son Y. S. (2019) Historic and futuristic review of electron beam technology for the treatment of SO2 and NOx in fue gas. Chem Eng J 355:351-366. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.08.103
56. Wang Bo, Xu, Yu-Fei, Sun, Zhong-Liang. (2022). Mass transfer characteristics and effect of flue gas used in microalgae culture. Applied Microbiology and Biotechnology. 106. 1-13. 10.1007/s00253-022-12206-4.
Рецензия
Для цитирования:
Вельможина К.А., Шинкевич П.С., Политаева Н.А., Михеев П.Ю. Разработка технологической схемы утилизации углекислого газа и получения биоводорода при помощи микроводорослей. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2024;(5):21-29. https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.05.021-029
For citation:
Velmozhina K.A., Shinkevich P.S., Politaeva N.A., Mikheev P.Yu. Development of a technological scheme for the utilization of carbon dioxide and the production of biohydrogen using microalgae. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2024;(5):21-29. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.05.021-029
Просмотров:
94
Послать статью по эл. почте 