Применение электрофизического воздействия с низкой разницей потенциалов при культивировании микроводоросли Chlorella vulgaris

Микроводоросли являются автотрофными микроорганизмами, которые используют углекислый газ в качестве источника углерода. Культуры этих микроорганизмов применяются в самых различных отраслях. Существуют разные способы культивирования культуры микроводорослей, одним из наиболее перспективных является использование закрытой системы – фотобиореактора. При этом продуктивность этих систем остается относительно небольшой. Для повышения выхода биомассы применяются различные модификации, одной из которых является модуль для электрофизического воздействия. На основании этого был разработан фотобиореактор с устройством электрофизического воздействия для оптимизации подаваемого напряжения постоянного тока. Полученные результаты по химическому составу биомассы позволили выбрать подходящее напряжение постоянного тока для стимуляции роста культуры, которое составило 1,2 В и будет использоваться в исследованиях с использованием других источников углекислого газа. Также был проведен анализ суточной динамики роста микроводоросли при воздействии напряжения постоянного тока, который показал необходимость снижения гидравлического времени удержания для увеличения производительности.

1. Dolganyuk V., Belova D., Babich O., Prosekov A., Ivanova S., Katserov D., Sukhikh S. Microalgae: a promising source of valuable bioproducts // Biomolecules. – 2020; 10 (8):1153. https://doi.org/10.3390/biom10081153

2. Su M., Dell’Orto M., D’Imporzano G., Bani A., Dumbrell A. J., Adani F. The structure and diversity of microalgae-microbial consortia isolated from various local organic wastes // Bioresour. Technol. – 2022; 347:126416. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126416

3. Wang H., Liu J., Phyu K., Cao Y. A., Xu X., Liang J., Zhi S. Microalgae create a highway for carbon sequestration in livestock wastewater: Carbon sequestration capacity, sequestration mechanisms, influencing factors, and prospects // Sci. Total Environ. – 2024; 956:177282. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.177282

4. Feng Y., Ge J., Show P. L., Song C., Wu L., Ma Z., Gao G. Using high CO2 concentrations to culture microalgae for lipid and fatty acid production: Synthesis based on a meta-analysis // Aquaculture. – 2025; 594:741386. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2024.741386

5. Abdelfattah A., Ali S. S., Ramadan H., El-Aswar E. I., Eltawab R., Ho S. -H., Sun J. Microalgaebased wastewater treatment: Mechanisms, challenges, recent advances, and future prospects // Environ. Sci. Ecotechnol. – 2023; 13:100205. https://doi. org/10.1016/j.ese.2022.100205

6. Abuhasheesh Y., Ghazal A., Tang D. Y. Y., Banat F., Hasan S. W., Show P. L. Advances in Chlorella microalgae for sustainable wastewater treatment and bioproduction // Chem. Eng. J. Adv. – 2025; 22:100715. https://doi.org/10.1016/j.ceja.2025.100715

7. Abuhasheesh Y., Ghazal A., Tang D. Y. Y., Banat F., Hasan S. W., Show P. L. Advances in Chlorella microalgae for sustainable wastewater treatment and bioproduction // Chem. Eng. J. Adv. – 2025; 22:100715. https://doi.org/10.1016/j.ceja.2025.100715

8. Hachicha R., Elleuch F., Ben Hlima H., Dubessay P., de Baynast H., Delattre C., Fendri I. Biomolecules from Microalgae and Cyanobacteria: applications and Market Survey // Appl. Sci. – 2022; 12 (4):1924. https://doi.org/10.3390/app12041924

9. Akbarzadeh S. S., Pourfakhraei E., Zargar M., Kashanchi M., Aghaei S. S. Introducing of high rich lysine, arginine, and unsaturated fatty acids microalga as a food supplement // World J. Microbiol. Biotechnol. – 2023; 40 (2):43. https://doi.org/10.1007/s11274-023-03839-2

10. Sun G., Zhang X., Zhang F., Wang Y., Wu Y., Jiang Z., Zhang X. Use microalgae to treat coke wastewater for producing biofuel: Influence of phenol on photosynthetic properties and intracellular components of microalgae // Chemosphere. – 2024; 349:140805. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.140805

11. Loke Show P. Global market and economic analysis of microalgae technology: Status and perspectives // Bioresour. Technol. – 2022; 357:127329. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127329

12. Ugya A. Y., Chen H., Wang Q. Enhancing the sustainability of microalgae cultivation through biosensing technology // Mater. Today Sustainab. – 2025; 31:101139. https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2025.101139

13. Сафонов А. В., Ковалев Д. А., Дорохов А.С., Павкин Д. Ю., Карелина М. Ю., Филатов В. В., Ковалев А. А. Интеграция технологий утилизации органических отходов АПК: производство кормовых добавок, снижение эмиссии углекислого газа и получение водорода для устойчивого сельского хозяйства // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2025; (5):12-42. https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.05.012-042

14. Abdur Razzak S., Bahar K., Islam K. M. O., Haniffa A. K., Faruque M. O., Hossain S. M. Z., Hossain M. M. Microalgae cultivation in photobioreactors: sustainable solutions for a greener future // Green Chem. Eng. – 2024; 5 (4):418-439. https://doi.org/10.1016/j.gce.2023.10.004

15. Barreiros M., Maciel F., Pereira R. S., Vicente A. A., Pereira R. N. Electric fields to support microalgae growth with a differentiated biochemical composition // Innovative Food Sci. Emerg. Technol. – 2024; 97:103829. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2024.103829

16. Hadiyanto H., Christwardana M., Widayat W., Purwono P., Budihardjo M.A. Dunaliella salina Harvesting using Spiral Electrocoagulation and Parameters Optimization using Response Surface Method // Int. J. Eng. – 2024; 37 (12):2489-2498. https://doi.org/10.5829/ije.2024.37.12c.07

17. Kermani M., Samimi A., Mohebbi-Kalhori D., Beigmoradi R., Shokrollahzadeh S., Xia A., Madadi M. Pulsed electric field treatment for efficient oil extraction from nannochloropsis salina microalgae: a green and sustainable approach // J. Polym. Environ. – 2024; 32 (11):5888-5901. https://doi.org/10.1007/s10924-024-03347-w

18. Zhongqi He, Wenbiao Jin, Xu Zhou, Wei Han, Shuhong Gao, Chuan Chen, Yidi Chen, Shiyu Yin, Lin Che, Guangming Jiang. Enhancing biomass and lipid yield of microalga Scenedesmus obliquus by the periodic direct current // Journal of Water Process Engineering. – 2022. – Volume 48, 102872. ISSN 2214-7144. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2022.102872

19. Ракутько С. А. Применение комбини рованного облучения в светокультуре / С. А. Ракутько, Е. Н. Ракутько, М. Р. Аюпов // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2020. – Т. 14, № 2. – С. 46-52. – DOI 10.22314/2073-7599-2020-14-2-46-52. – EDN ZEVYAE.

20. Разработка энерго- ресурсосберегающих осветительных установок для АПК / Т. А. Широбокова, И. Г. Поспелова, М. А. Набатчикова, И. И. Иксанов // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. – 2020. – Т. 67, № 3(40). – С. 95-102. – DOI 10.22314/2658-4859-2020-67-3-95-102. – EDN GRKZPJ.

21. Стребков Д. С. Результаты численного моделирования производительности солнечного концентраторного модуля с тепло-фотоэлектрическим приемником / Д. С. Стребков, Н. С. Филиппченкова // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. – 2020. – Т. 67, № 4(41). – С. 51-56. – DOI 10.22314/2658-4859-2020-67-4-51-56. – EDN SPWWGX

22. Ковалев А. А. Использование солнечной энергии для энергоснабжения микробной электролизной ячейки / А. А. Ковалев, Д. А. Ковалев, В. А. Панченко // Вестник Московского энергетического института. – 2024. – № 3. – С. 42-49. – DOI 10.24160/1993-6982-2024-3-42-49. – EDN KZTGCP

23. Сафонов А. В. Оценка эффективности работы установки по выращиванию микроводорослей с использованием атмосферного воздуха как источника СO2 / А. В. Сафонов, Д. А. Ковалев, А. А. Ковалев // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. – 2025. – Т. 72, № 4. – С. 100-106. – DOI 10.22314/2658-4859-2025-72-4-100-106. – EDN HJIFSM.

24. Raeisossadati J., Ahmadzadeh H., McHenry M., Moheimani N. CO2 bioremediation by microalgae in photobioreactors: impacts of biomass and CO2 concentrations, light, and temperature // Algal Research. – 2014. – V. 6. – Pp. 78-85. DOI: 10.1016/j.algal.2014.09.007

25. Corpuz M., Borea L., Senatore V., Castrogiovanni F., Buonerba A., Oliva G., Ballesteros F., Zarra T., Belgiorno V., Choo K., Hasan S., Naddeo V. Wastewater treatment and fouling control in an electro algae-activated sludge membrane bioreactor // Science of The Total Environment. – 2021. – Volume 786, 147475. ISSN 0048-9697. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.147475.

26. Borea L., Ensano B., Hasan S., Balakrishnan M., Belgiorno V., Mark Daniel G. de Luna, Ballesteros F., Naddeo V. Are pharmaceuticals removal and membrane fouling in electromembrane bioreactor affected by current density? // Science of The Total Environment. – 2019. – Volume 692. – Pp. 732-740. ISSN 0048-9697. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.07.149.

27. Шинкевич П. С., Вельможина К. А., Политаева Н. А. Оценка способности микроводорослей к поглощению углекислого газа в различных условиях на примере Chlorella kessleri и других видов // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2024; (10):141-153. https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.10.141-153

28. Шинкевич П. С., Вельможина К. А., Политаева Н. А., Чусов А. Н. Роль микроводорослей в современных технологиях фиксации и утилизации углекислого газа // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2024; (10):154-166. https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.10.154-166

29. Чернова Н. И., Киселева С. В., Ларина О. М., Сычев Г. А. Получение газообразных продуктов при пиролизе биомассы микроводорослей // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2018; (31-36):23-34. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.31-36.023-034

30. Чернова Н. И., Киселева С. В., Калинина О. Ю. Биодизель из микроводорослей: методы индукции липидов и скрининга перспективных штаммов // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2015; (21):44-54. https://doi.org/10.15518/isjaee.2015.21.006

31. Власкин М. С., Григоренко А. В., Чернова Н. И., Киселева С. В., Кумар В. Получение бионефти путем гидротермального сжижения влажной биомассы микроводорослей // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2018; (22-24):68-79. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.22-24.068-079

32. Чирков В. Г., Кожевников Ю. А., Воробьев В. В., Чижиков А. Г., Щекочихин Ю. М., Иванникова Е. М. Технология производства и использование биомассы микроводорослей топливного назначения // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2015; (2):21-28. https://doi.org/10.15518/isjaee.2015.02.003