การคัดแยกสายพันธุ์สาหร่ายขนาดเล็กที่มีความสามารถในการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อปรับปรุงคุณภาพก๊าซชีวภาพ Isolation of Microalgae Strains for Absorbing Carbon Dioxide to Improve Biogas Quality
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
การศึกษาเกี่ยวกับการนำสาหร่ายขนาดเล็ก (Micro-algae) มาใช้ประโยชน์ในการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากก๊าซชีวภาพ ซึ่งเป็นแนวทางเลือกในการใช้เทคโนโลยีทางชีวภาพมาปรับปรุงคุณภาพของก๊าซชีวภาพ โดยทั่วไปองค์ประกอบของก๊าซชีวภาพ จะมีสัดส่วนของก๊าซมีเทน (CH4) ประมาณ 40-75% และสัดส่วนของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ประมาณ 25-50% ในกระบวนการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของสาหร่ายขนาดเล็กเป็นปฏิกิริยาชีวเคมีที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ ส่งผลทำให้สัดส่วนของก๊าซมีเทนในก๊าซชีวภาพมีสัดส่วนที่สูงขึ้น (biomethane) เนื่องจากสาหร่ายขนาดเล็กสามารถใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นแหล่งคาร์บอนให้กับเซลล์ ปัจจัยที่สำคัญในการส่งเสริมการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของสาหร่ายขนาดเล็ก ได้แก่ ชนิดของสาหร่ายขนาดเล็ก อัตราการป้อนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และอากาศ ช่วงเวลาเวลาในการรับแสง สารอาหารที่จำเป็น รูปแบบของชุดปฏิกรณ์ชีวภาพ รวมทั้งสภาวะแวดล้อมที่ใช้ในการเพาะเลี้ยง ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงได้ทำการสำรวจและเก็บตัวอย่างสาหร่ายขนาดเล็กในพื้นที่ที่มีการเกิดก๊าซชีวภาพ ซึ่งได้แก่ ฟาร์มเลี้ยงสุกรและบ่อฝั่งกลบขยะที่มีการผลิตก๊าซชีวภาพเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ทำการคัดแยกสายพันธุ์สาหร่ายขนาดเล็กเพื่อนำไปใช้ประโยชน์ในการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในก๊าซชีวภาพ และรวมถึงการพัฒนาต่อยอดเพื่อการนำสาหร่ายขนาดเล็กไปใช้ประโยชน์ในด้านอื่น ๆ ตามศักยภาพของสายพันธุ์สาหร่ายขนาดเล็กชนิดนั้น ๆ ต่อไป
Utilizing microalgae for the purpose of absorbing carbon dioxide from bio-based gas is an alternative
approach in using biotechnology to enhance the quality of bio-based gas. Generally, the composition of biogas is
approximately 40-75% of methane (CH4) and 25-50% of carbon dioxide (CO2). In microalgae's uptake process,
carbon dioxide is a biochemical reaction that occurs inside the cell, resulting in a higher proportion of methane in
the biogas, since microalgae can use carbon dioxide as a carbon source for the cells. The important factors in
promoting carbon dioxide uptake of microalgae are microalgae species, CO2/Air feed rates, Light intensity and
Light/Dark photoperiod, Nutrients required, bioreactor type and environmental conditions in culture. This research
explored and collected microalgae samples in biogas-producing areas, such as pig farms and biogas-producing
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
สมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย
Thai Socities of Agricultural Engineering
References
ครรชิต เงินคำคง, นิธิวัฒ จำรูญรัตน์, สิทธิศักดิ์ แก้วหนัก, กฤษณฉัตร เมืองใจ, นิตยา ตันติวา, นันท์นภัส มโนนันท์, พิสิฐ ศรีสุริยจันทร์. 2559. ประสิทธิภาพของสาหร่าย Chlorella sp. TISTR 8432 ใน การลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากระบบผลิตก๊าซชีวภาพ. วารสารวิศวกรรมศาสตร์มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา 1(1), 51-58.
ชนมน จันทนา, สุวรรณ หอมหวล. 2559. การกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในก๊าซชีวภาพจากมูลโคด้วยวิธีดักจับด้วยน้ำที่ความดันต่ำ. วารสารวิชาการพระจอมเกล้าพระนครเหนือ 26(1), 51-60.
นพรัตน์ สิทธิวงศ์. 2556. การติดตามตรวจสอบสาหร่ายที่สร้างสารพิษสีเขียวแกมน้ำเงินและสารพิษไมโครซิสตินในหนองหาร จังหวัดสกลนคร. คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร
ฤทัยรัตน์ สุทธิสุวรรณ, เพ็ชร สุธิภรณ์. 2564. การหาภาวะที่เหมาะสมของการผลิตไกลซีนบีเทนภายใต้ความเครียดจากเกลือโดยไซยาโนแบดทีเรียมชนิดเซลล์เดี่ยว Synechococcus sp. MH 393765. วารสารวิจัยมทร .กรุงเทพ 15(1), 110-121.
Adebayo-Tayo, B., Salaam, A., Ajibade, A. 2019. Green synthesis of silver nanoparticle using Oscillatoria sp. extract, its antibacterial, antibiofilm potential and cytotoxicity activity. Heliyon 5(10), e02502.
Ayele, A., Suresh, A., Benor, S., Konwarh, R. 2021. Optimization of chromium (VI) removal by indigenous microalga (Chlamydomonas sp.) - based biosorbent using response surface methodology. Water Environment Research 93(8), 1276-1288.
Behl, K., Sesha Charan, P., Joshi, M., Sharma, M., Mathur, A., Kareya, M. S., Nigam, S. 2020. Multifaceted applications of isolated microalgae Chlamydomonas sp. TRC-1 in wastewater remediation, lipid production and bioelectricity generation. Bioresource technology 304, 122993.
Bhuyar, P., Rahim, M. H. A., Maniam, G. P., Ramaraj, R., Govindan, N. 2020. Exploration of bioactive compounds and antibacterial activity of marine blue-green microalgae (Oscillatoria sp.) isolated from coastal region of west Malaysia. SN Applied Sciences 2, 1-10.
Bombelli, P., Savanth, A., Scarampi, A., Rowden, S. J., Green, D. H., Erbe, A., Howe, C. J. 2022. Powering a microprocessor by photosynthesis. Energy and Environmental Science 15(6), 2529-2536.
Boonma, S., Chaiklangmuang, S., Chaiwongsar, S., Pekkoh, J., Pumas, C., Ungsethaphand, T., Peerapornpisal, Y. 2015. Enhanced carbon dioxide fixation and bio‐oil production of a microalgal consortium. CLEAN–Soil, Air, Water 43(5), 761-766.
Bose, A., Lin, R., Rajendran, K., O'Shea, R., Xia, A., Murphy, J.D. 2019. How to optimise photosynthetic biogas upgrading: a perspective on system design and microalgae selection. Biotechnology advances 37(8), p.107444.
Cheirsilp, B., Wantip, K., Chai-issarapap, N., Maneechote, W., Pekkoh, J., Duangjan, K., Srinuanpan, S. 2022. Enhanced production of astaxanthin and cobioproducts from microalga Haematococcus sp. integrated with valorization of industrial wastewater under two-stage LED light illumination strategy. Environmental Technology and Innovation 28, 102620
Chi, N. T. L., Duc, P. A., Mathimani, T., Pugazhendhi, A. 2019. Evaluating the potential of green alga Chlorella sp. for high biomass and lipid production in biodiesel viewpoint. Biocatalysis and agricultural biotechnology 17, 184-188.
Giang, T. T., Lunprom, S., Liao, Q., Reungsang, A., Salakkam, A. 2019. Enhancing hydrogen production from Chlorella sp. biomass by pre-hydrolysis with simultaneous saccharification and fermentation (PSSF). Energies 12(5), 908.
Grama, B. S., Chader, S., Khelifi, D., Stenuit, B., Jeffryes, C., Agathos, S. N. 2014. Characterization of fatty acid and carotenoid production in an Acutodesmus microalga isolated from the Algerian Sahara. biomass and bioenergy 69, 265-275.
Hellebust, J. A. 1985. Mechanisms of response to salinity in halotolerant microalgae. Biosalinity in Action: Bioproduction with Saline Water 89, 69-81.
Hunt, A.J., Sin, E.H., Marriott, R., Clark, J.H. 2010. Generation, capture, and utilization of industrial carbon dioxide. ChemSusChem 3(3), 306-322.
Kandasamy, S., Narayanan, M., He, Z., Liu, G., Ramakrishnan, M., Thangavel, P., Carvalho, I. S. 2021. Current strategies and prospects in algae for remediation and biofuels: An overview. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology 35, 102045.
Kim, D. G., Lee, C., Yun, Y. S., Hong, C. H., Choi, Y. E. 2019. Recycling waste nutrient solution originating from the plant factory with the cultivation of newly isolated Acutodesmus species. Journal of biotechnology 289, 15-25.
Kita, J., Ohsumi, T. 2004. Perspectives on biological research for CO2 ocean sequestration. Journal of oceanography 60(4), 695-703.
Kittel, J., Idem, R., Gelowitz, D., Tontiwachwuthikul, P., Parrain, G. Bonneau, A. 2009. Corrosion in MEA units for CO2 capture: pilot plant studies. Energy Procedia 1(1), 791-797.
Kovscek, A.R. Cakici, M.D. 2005. Geologic storage of carbon dioxide and enhanced oil recovery. II. Cooptimization of storage and recovery. Energy conversion and Management 46(11-12), 1941-1956.
Li, G., Xiao, P., Webley, P., Zhang, J., Singh, R. Marshall, M. 2008. Capture of CO2 from high humidity flue gas by vacuum swing adsorption with zeolite 13X. Adsorption 14(2-3), 415-422.
Lin, Y., Kong, C., Zhang, Q., Chen, L. 2017. Metal‐organic frameworks for carbon dioxide capture and methane storage. Advanced Energy Materials 7(4), 1601296.
Liu, D., Chen, J., Wang, Y., Meng, Y., Li, Y., Huang, R. Liu, J. 2022. Synechococcus sp. PCC7002 Uses Peroxiredoxin to Cope with Reactive Sulfur Species Stress. Mbio 13(4), e01039-22.
Lunprom, S., Phanduang, O., Salakkam, A., Liao, Q., Imai, T., Reungsang, A. 2019. Bio-hythane production from residual biomass of Chlorella sp. biomass through a two-stage anaerobic digestion. International Journal of Hydrogen Energy 44(6), 3339-3346.
Ma, R., Zhao, X., Xie, Y., Ho, S. H., Chen, J. 2019. Enhancing lutein productivity of Chlamydomonas sp. via high-intensity light exposure with corresponding carotenogenic genes expression profiles. Bioresource technology 275, 416-420.
Mohanty, S. S., Mohanty, K. 2023. Production of a wide spectrum biopesticide from Monoraphidium sp. KMC4 grown in simulated dairy wastewater. Bioresource Technology 374, 128815.
Mondal, M., Ghosh, A., Sharma, A. S., Tiwari, O. N., Gayen, K., Mandal, M. K., Halder, G. N. 2016. Mixotrophic cultivation of Chlorella sp. BTA 9031 and Chlamydomonas sp. BTA 9032 isolated from coal field using various carbon sources for biodiesel production. Energy Conversion and Management 124, 297-304.
Nadzri, N. A. A., Yasin, N. H. M., Bakar, M. H. A., Thanakodi, S., Salehmin, M. N. I., Takriff, M. S., Maeda, T. 2023. Photosynthetic microbial desalination cell (PhMDC) using Chlamydomonas sp. (UKM6) and Scenedesmus sp. (UKM9) as biocatalysts for electricity production and water treatment. International Journal of Hydrogen Energy 48(31), 11860-11873.
Namitha, B., Sathish, A., Kumar, P. S., Nithya, K., Sundar, S. 2021. Micro algal biodiesel synthesized from Monoraphidium sp., and Chlorella sorokiniana: Feasibility and emission parameter studies. Fuel 301, 121063.
Ngamsirisomsakul, M., Reungsang, A., Liao, Q., Kongkeitkajorn, M. B. 2019. Enhanced bio-ethanol production from Chlorella sp. biomass by hydrothermal pretreatment and enzymatic hydrolysis. Renewable Energy 141, 482-492.
Patil, L., Kaliwal, B. B. 2019. Microalga Scenedesmus bajacalifornicus BBKLP-07, a new source of bioactive compounds with in vitro pharmacological applications. Bioprocess and biosystems engineering 42(6), 979-994.
Pires, J.C.M., Martins, F.G., Alvim-Ferraz, M.C.M. Simões, M. 2011. Recent developments on carbon capture and storage: an overview. Chemical engineering research and design 89(9), 1446-1460.
Rodge, B.B., Andrew, D.E. Eugene, W.R. 2017. Standard methods for the examination of water and wastewater (Vol. 23). Washington, DC: American public health association.
Santhosh, S., Rajalakshmi, A. M., Navaneethakrishnan, M., Jenny Angel, S., Dhandapani, R. 2020. Lab-scale degradation of leather industry effluent and its reduction by Chlorella sp. SRD3 and Oscillatoria sp. SRD2: a bioremediation approach. Applied Water Science 10(5), 1-11.
Scholes, C.A., Kentish, S.E. Stevens, G.W. 2009. The effect of condensable minor components on the gas separation performance of polymeric membranes for carbon dioxide capture. Energy Procedia 1(1), 311-317.
Tippayawong, N. Thanompongchart, P. 2010. Biogas quality upgrade by simultaneous removal of CO2 and H2S in a packed column reactor. Energy 35(12), 4531-4535.
Tuinier, M.J., van Sint Annaland, M., Kramer, G.J. Kuipers, J.A.M. 2010. Cryogenic CO2 capture using dynamically operated packed beds. Chemical Engineering Science 65(1), 114-119.
Williamson, P., Wallace, D.W., Law, C.S., Boyd, P.W., Collos, Y., Croot, P., Denman, K., Riebesell, U., Takeda, S. Vivian, C. 2012. Ocean fertilization for geoengineering: a review of effectiveness, environmental impacts and emerging governance. Process Safety and Environmental Protection 90(6), 475-488.
Włodarczyk, A., Selão, T. T., Norling, B., Nixon, P. J. 2020. Newly discovered Synechococcus sp. PCC 11901 is a robust cyanobacterial strain for high biomass production. Communications Biology 3(1), 215.
Xiao, Y., Yuan, H., Pang, Y., Chen, S., Zhu, B., Zou, D., Ma, J., Yu, L. Li, X. 2014. CO2 removal from biogas by water washing system. Chinese Journal of Chemical Engineering 22 (8), 950-953.
Yap, S. M., Lan, J. C. W., Kee, P. E., Ng, H. S., Yim, H. S. 2022. Enhancement of protein production using synthetic brewery wastewater by Haematococcus pluvialis. Journal of Biotechnology 350, 1-10.
Zhou, K., Chaemchuen, S. Verpoort, F. 2017. Alternative materials in technologies for Biogas upgrading via CO2 capture. Renewable and sustainable energy reviews 79, 1414-1441.
Zhou, Y., He, Y., Guo, X., Dai, J., Lai, X., Hong, B., Wang, M. 2023. Pilot-scale remediation of rare earth elements ammonium wastewater by Chlamydomonas sp. YC in summer under outdoor conditions. Bioresource Technology 372, 128674.
Zhu, L., Gao, H., Li, L., Zhang, Y., Zhao, Y., Yu, X. 2022. Promoting lutein production from the novel alga Acutodesmus sp. by melatonin induction. Bioresource Technology 362, 127818.
Zuorro, A., Leal-Jerez, A. G., Morales-Rivas, L. K., Mogollón-Londoño, S. O., Sanchez-Galvis, E. M., García-Martínez, J. B., Barajas-Solano, A. F. 2021. Enhancement of Phycobiliprotein Accumulation in Thermotolerant Oscillatoria sp. through Media Optimization. ACS omega 6(16), 10527-10536.
Al-Fawwaz, A. T., Al Shra’ah, A., Elhaddad, E. 2023. Bioremoval of Methylene Blue from Aqueous Solutions by Green Algae (Bracteacoccus sp.) Isolated from North Jordan: Optimization, Kinetic, and Isotherm Studies. Sustainability 15(1), 842.
Maltsev, Y., Maltseva, A., Maltseva, S. 2021. Differential Zn and Mn sensitivity of microalgae species from genera Bracteacoccus and Lobosphaera. Environmental Science and Pollution Research 28(40), 57412-57423.
Shiels, K., Tsoupras, A., Lordan, R., Nasopoulou, C., Zabetakis, I., Murray, P., Saha, S. K. 2021. Bioactive lipids of marine microalga Chlorococcum sp. SABC 012504 with anti-inflammatory and anti-thrombotic activities. Marine drugs 19(1), 28.
Qiu, C., Wang, W., Zhang, Y., Zhou, G. J., Bi, Y. 2022. Response of antioxidant enzyme activities of the green microalga Chlorococcum sp. AZHB to Cu2+ and Cd2+ stress. Sustainability 14(16), 10320.
Karsten, U., Friedl, T., Schumann, R., Hoyer, K., Lembcke, S. 2005. Mycosporine‐like amino acids and phylogenies in green algae: prasiola and its relatives from the trebouxiophyceae (chlorophyta) 1. Journal of Phycology 41(3), 557-566.