Skip to main content
SUPERVISOR
Hamed Zilouei
حمید زیلوئی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Narges Ardestani
نرگس اردستانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Investigation of the photoautotrophic, photoheterotrophic and mixotrophic culture of microalga Chlorella sorokiniana to enhance productivity of biohydrogen, lipid, and biomass
The excessive use of fossil fuels and the release of various pollutants has caused many environmental problems. Due to the limited availability of these resources, the renewable and reliable and environmentally friendly sources are needed. Among existing biofuels, biodiesel and bioethanol have been widely considered by the lack of high environmental pollutants. Biohydrogen is also known as a high-energy clean fuel. Various renewable sources have been proposed for the production of these biofuels in recent years. Among renewable sources of third generation energy, micro-algae, has attracted much attention. Green microalga Chlorella sorokiniana was used in this study due to its ability to grow in different conditions and producing a significant percentage of lipid and carbohydrates. Different culture conditions were applied for cultivation of Chlorella sorokiniana to investigate the productivity of lipid and biomass. Photoautotrophic culture was performed in two ways: carbon dioxide was obtained by shaking and aeration, and receiving bicarbonate at concentrations of 1 to 10 g/l of sodium bicarbonate. The best culture condition considering the culture time was obtained at the concentration of 4 g/l of sodium bicarbonate. The heterotrophic culture was tested using glucose at 8 concentrations ranging from 2 to 30 g/l. photoheterotrophic culture was performed in the mentioned concentrations of glucose with 12 hours of lihgting and 12 hours of darkness throughout the day. The potential of hydrogen production was investigated during this cultivation. At the concentration of 2 g/l glucose, the highest amount of biomass was produced and at higher concentrations, a decreasing trend in biomass was observed. In mixotrophic culture glucose and sodium bicarbonate mixtures in constant concentration of 2 grams per liter of sodium bicarbonate with 5 different glucose concentrations between 2 and 10 g/l was used. The best growth conditions were observed in the concentration of 4 g/l glucose. The best cultivation was selected based on the amount of biomass production and growth time to produce biodiesel, bioethanol and biohydrogen. In the study, photoheterotroph culture with 2 g/l glucose, 37 ° C, pH 6.8 and exposure period of 12 hours of brightness and 12 hours of darkness chose as optimum culture. The amount of biomass production in these conditions was 0.995 g per liter of culture medium. The maximum growth rate was calculated to be 0.69 per day. In order to increase the amount of lipid, nitrogen shock was applied to the culture medium, which is increased the lipid content from 6% to 11%. Due to the decrease of biomass amount through nitrogen shock up to 0.331 g/l, the productivity of lipid under this shock was reduced. Glucose consumption in the concentration of 2 g/l was 69%, which is the highest amount of glucose consumption in comparison with higher concentrations of glucose. The hydrogen produced under these conditions was measured at 389 milliliters per liter of culture medium. After acidic hydrolysis with 3% sulfuric acid on the biomass whose lipid was extracted, 0.053 grams ethanol per gram of biomass, was produced by Saccharomyces serevisiae in 12 hours. Keywords: 1- Photoautotrophic, Photohetrotrophic Mixotrophic cultivation 2- Biodiesel 3- Biohydrogen 4- Chlorella sorokiniana
استفاده بیش از حد از منابع فسیلی و نشر آلاینده های مختلف سبب بروز مشکلات زیست محیطی فراوانی شده است. با توجه به محدود بودن این منابع به منابع تجدیدپذیر و قابل اطمینان، بدون تولید حجم بالای آلاینده ها نیاز است. از میان بیوسوخت های موجود بیودیزل و بیواتانول به علت عدم تولید بالای آلاینده های محیطی مورد توجه وسیعی قرار گرفته اند. بیوهیدروژن نیز به عنوان سوختی پاک با ارزش انرژی بالایی شناخته شده است. منابع تجدیدپذیر مختلفی به منظور تولید این بیوسوخت ها در سال های اخیر ارائه شده است. از بین منابع تجدیدپذیر انرژی نسل سوم این منابع که همان ریزجلبک ها می باشند، توجه زیادی را به خود جلب نموده اند. ریزجلبک سبز Chlorella sorokiniana به علت قابلیت رشد در شرایط مختلف و تولید درصد قابل توجهی چربی و کربوهیدرات در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفت. شرایط کشت مختلف بر این ریزجلبک اعمال شد. کشت فتواتوتروف که در دو حالت دریافت کربن دی اکسید از طریق هم زدن و هوادهی و همچنین دریافت بی کربنات در غلظت های 1 تا 10 گرم بر لیتر جوش شیرین انجام شد. بهترین حالت کشت با در نظرگرفتن زمان کشت در غلظت 4 گرم بر لیتر جوش شیرین حاصل گردید. کشت هتروتروف با استفاده از گلوکز در 8 غلظت مختلف از 2 تا 30 گرم بر لیتر مورد آزمایش قرار گرفت. کشت فتوهتروتروف نیز در غلظت های ذکر شده از گلوکز به همراه 12 ساعت نوردهی و 12 ساعت تاریکی در طول روز انجام گردید. پتانسیل تولید هیدروژن طی این کشت بررسی شد. در غلظت 2 گرم بر لیتر گلوکز بیش ترین میزان زیست توده تولید گردید و در غلظت های بالاتر روند کاهشی در میزان زیست توده مشاهده شد. کشت میکسوتروف، در این کشت از مخلوط گلوکز و جوش شیرین در غلظت ثابت 2 گرم بر لیتر جوش شیرین به همراه 5 غلظت متغییر گلوکز بین 2 تا 10 گرم بر لیتر استفاده شد. بهترین حالت رشد درغلظت 4 گرم بر لیتر گلوکز مشاهده گردید. بهترین کشت بر اساس میزان تولید زیست توده و مدت زمان رشد به منظور تولید بیودیزل، بیواتانول و بیوهیدروژن انتخاب گردید. طی پژوهش های انجام شده کشت فتوهتروتروف با شرایط غلظت 2 گرم بر لیتر گلوکز، دمای 37 درجه سانتی گراد، اسیدیته 8/6 و دوره نوردهی 12 ساعت روشنایی و 12 ساعت تاریکی به عنوان کشت بهینه در نظر گرفته شد. میزان تولید زیست توده در این شرایط 995/0 گرم به ازای هر لیتر محیط کشت بوده است. سرعت رشد بیشینه 69/0 بر روز محاسبه گردید. به منظور افزایش میزان چربی شوک نیتروژنی به محیط کشت اعمال شد که سبب افزایش میزان چربی از 6 درصد به 11 درصد گردید. به علت کاهش زیست توده طی شو ک نیتروژنی تا میزان 331/0 گرم بر لیتر، محصول دهی چربی تحت این شوک پایین آمد. مصرف قند درغلظت 2 گرم بر لیتر 69 درصد به دست آمد که نسبت به غلظت های بالاتر گلوکز بیش ترین میزان مصرف قند است. هیدروژن تولیدی تحت این شرایط 389 میلی لیتر به ازای هر لیتر محیط کشت اندازه گیری شد. پس از انجام هیدرولیز اسیدی با سولفوریک اسید 3 درصد بر روی زیست توده ای که چربی آن استخراج شده بود، میزان 053/0 گرم به ازای گرم زیست توده، اتانول توسط مخمر Saccharomyces serevisiae طی 12 ساعت تولید شد. کلمات کلیدی: 1- کشت فتواتوتروف،فتوهتروتروف ، میکسوتروف 2-بیودیزل 3- بیوهیدروژن 4- بیواتانول 5- Chlorella sorokiniana

ارتقاء امنیت وب با وف بومی