|
| |
|
|
Temperature control in bioreactor
Pospíchal, Zbyněk ; Václavek, Pavel (referee) ; Blaha, Petr (advisor)
This thesis deal with improvement behavior of temperature control in bioreactor. It was created model of system. Basic PI controller could solve all problems. After analysis of system were decided to used fuzzy controller. Fuzzy controller in comparison with classic PI controller has better behavior in this application.
|
|
|
Production, Characterization and Utilization of the Biomass from Various Sources
Gojkovic, Živan ; Vávrová, Milada (referee) ; Čertík, Milan (referee) ; Márová, Ivana (advisor)
Úprava biomasy je jedním z nejdůležitějších problémů v moderních přírodních vědách, protože je základní kategorií týkající se zemědělství, potravinářství, ekologie, zpracování odpadu a biotechnologie. Ať už živočišného, rostlinného nebo mikrobiálního původu, biomasa představuje obrovský zdroj surovin jako potravin, čistých chemikálií, bioaktivních molekul atd., jejichž izolace, charakterizace a formulace může vést k zajímavým novým produktům určeným pro lidskou spotřebu, nebo jako nový materiál v biomedicíně. Předložená studie byla zaměřena na výzkum dvou druhů biomasy - kuřecí kůže jako zdroje kolagenu t a biomasy mikrořasy Chlorella sorokiniana obohacené selenomethioninem (SeMet). V první části práce byl z kuřecí kůže izolován, identifikován a charakterizován kolagen typu I. Molekulární vlastnosti kuřecího kolagenu byly analyzovány a srovnány s jinými kolageny z živočišných kůží. Pro molekulární charakterizaci kolagenu byla použita viskosimetrie a ultrazvuková spektroskopie. Ultrazvukovou spektroskopií bylo zjištěno, že disagregace a zkapalňování hovězího kolagenu začíná při teplotě 40 °C, zatímco u kuřecího kolagenu začíná až při 50 °C. Viskosimetrie dále potvrdila vyšší tepelnou stabilitu kolagenu z kuřecí kůže, jeho denaturační teplota byla 50 °C, což je rovněž o deset stupňů více než u hovězího kolagenu. Kuřecí kolagen obsahuje dvakrát vyšší množství lysinu, což poskytuje tepelnou stabilitu kolagenu. Na základě získaných výsledků lze říci, že vzhledem ke své vysoké tepelné stabilitě a vhodnému aminokyselinovému složení, kuřecí kůže může být použita jako alternativní zdroj kolagenu typu I s aplikacemi v potravinářském průmyslu a biomedicíně. Druhá část práce byla zaměřena na obohacení biomasy zelené mikrořasy C. sorokiniana selenomethioninem. Experimentální část byla provedena v Laboratoři biotechnologie řas na Univerzitě Huelva ve Španělsku. Cílem první části experimentů bylo studovat vliv selenu na životaschopnost řas, morfologii buněk a akumulaci SeMet v biomase mikrořasy kultivované v dávkových kulturách. Subletální koncentrace Se v živném médiu, 40 mgL-1 (212 M), snížila rychlost růstu o 25 % ve srovnání s kontrolní kulturou. Hodnota EC50 45 mgL-1 (238,2 M) byla stanovena pro selenan. Ultrastrukturální studie ukazovaly na strukturální změny chloroplastu (granulární stroma, redukce thylakoid). Elektroforéza proteinů z biomasy mikrořasy ukazuje, že Se ovlivňuje expresi genu enzymu Rubisco. C. sorokiniana byla schopna akumulovat až 140 mgkg-1 SeMet během 120 h kultivace. Další část experimentální práce byla zaměřena na obohacování biomasy mikrořasy C. sorokiniana selenomethioninem během kontinuální kultivace s použitím 2,2 L bioreaktoru v kultivačním médiu s přídavkem koncentrace selenu v rozmezí od 5 do 50 mgL-1. C. sorokiniana rostla stejně ve všech testovaných koncentracích selenu kromě koncentrace 50 mgL1, která byla již po krátké době kultivace letální. Během kontinuální kultivace se 40 mgL-1 selenu, bylo získáno maximálně 246 gL-1 selenomethioninu denně. Výsledky ukazují, že kultivace v dávkových kulturách a dlouhodobá kontinuální kultivace mikrořasy C. sorokiniana pro získaní biomasy obohacené SeMet je možná pečlivým výběrem podmínek kultivace a subletálních koncentrací selenu v živném médiu.
|
|
|
Photobioreactor aeration optimization using image analysis
Hruška, Kryštof ; Létal, Tomáš (referee) ; Naď, Martin (advisor)
This diploma thesis summarizes the knowledge about microalgae, their use, cultivation methods and obstacles that prevent their wider use. In the practical part of the work, a device was designed, constructed, and programmed. This device can analyze the bubbles of the tubular photobioreactor and, based on the obtained data, control its aeration. The Python programming language was used to create the program and the OpenCV library was used to analyze the photographs. The bubble detection is based on the edge detection and the subsequent refinement. The data obtained from the analysis are displayed on the device screen and the data are also stored in a csv file. The discussion lists possible improvements and lessons learned during the creation of this device.
|
|
|
CO2 reduction with algae
Naider, Jakub ; Rebej, Miroslav (referee) ; Vondál, Jiří (advisor)
The aim of this final thesis is the process of algae cultivation their use for carbon dioxid reduction. The main objective of this work is the mass and heat balance of the photobioreactor and the design of a temperature control system. Within the research work, an overview of certain types of bioreactors and photobioreactors, the current situation around the climate and the impact of the cultivation of algae on carbon dioxide emissions. The model for temperature control and mass transfer of a plate photobioreactor is created in this work.
|
|
|
Balance of energy, water and nutrients in the aquaponic cycle
Szotkowski, Matěj ; Procházková, Michaela (referee) ; Máša, Vítězslav (advisor)
Předložená diplomová práce byla zpracována s cílem vytvořit přehled poznatků v oblasti akvaponické potravinové produkce. Informace získané během tvorby tohoto přehledu pak měly vést, v kombinaci s daty získanými z funkčního provozu, k vytvoření matematického modelu akvaponického cyklu. Na akvaponické farmě provozované společností Flenexa plus s.r.o., která byla zdrojem potřebných procesních dat, měla být dále zpracována a vyhodnocena bilance energie a vody. Nakonec měla být v průběhu práce posouzena možnost implementace mikrořasového fotobioreaktoru do akvaponického cyklu. Úvod práce představuje motivaci vedoucí k potřebě inovovat dnešní potravinovou produkci. Kriticky jsou zhodnoceny predikce vývoje lidské populace, a to pak hlavně z pohledu dopadu, který by tento růst měl na zemědělskou produkci. Současná situace se na základě získaných poznatků ukazuje jako neudržitelná, primárně pak v oblastech vodohospodářství a energetické spotřeby. Následně je jako možné řešení vedoucí ke zlepšení udržitelnosti potravinové produkce zkoumána akvaponie. Akvaponie je definována a její jednotlivé komponenty jsou představeny z hlediska mechanismu jejich fungování a z pohledu jejich návrhu. Mezi popsané oblasti patří například principy tzv. coupled a decoupled akvaponie a popis možných typů hydroponického komponentu. V této části práce je pozornost věnována také představení cyklů jednotlivých živin v rámci akvaponie. Následující a poslední teoretická část práce je pak věnována mikrořasovému fotobioreaktoru. Jsou zde popsány mechanismy, jak motivující, tak odrazující od zakomponování bioreaktoru do akvaponie. V oblasti výhod se jedná hlavně o jeho roli ve stabilizaci pH a spotřebě toxikého amoniaku. Na druhou stranu jeho ekonomické dopady na profitabilitu akvaponie jsou velmi proměnlivé v závislosti na způsobu implementace. Samotný mikrořasový fotobioreaktor je pak v práci detailněji představen. Jednotlivé procesní ukazatele ovlivňující růst řas jsou rozebrány, a to společně s jednotlivými typy fotobioreaktoru, metodami sklizně a využitími pro vyprodukované mikrořasy. Na základě poznatků schromážděných v této práci pak lze jako nejvhodnější k implementaci do akvaponie doporučit hybridní fotobioreaktory, u kterých je většina osvětlení zajištěna v podobě slunečního svitu. Samotná experimentální část práce pak začíná popisem zkoumaného provozu společnosti Flenexa plus s.r.o. z pohledu aplikovaného akvaponického procesu. Jednotka podrobená měření byla provozně stabilní a využívala implementace hydroponického komponentu typu Deep Water Culture (DWC). Spolu s detailním popisem celého provozu jsou poskytnuty a vyhodnoceny vypracované bilance vody a energií. Pozornost je pak přesunuta k matematickým modelům vypracovaným a ověřeným na základě dat a poznatků shromážděných z provozu společnosti Felenexa plus s.r.o. Logika a algoritmy, na kterých jsou oba modely postaveny, jsou v této části vysvětleny a diskutovány společně s hlavními funkcemi a schopnostmi obou modelů. První, primárně statistický model je představen jako nástroj pro použití při uvádění akvaponie do provozu. Druhý, fyzikální model pak v uživatelsky přívětivém formátu představuje základ pro model řízení akvaponické farmy s mikrořasovým fotobioreaktorem. V neposlední řadě jsou nastíněny také cesty možného budoucího vývoje pro oba vytvořené modely. Práce je následně završena shrnutím a diskusí nad poznatky a výstupy získanými během celého tvůrčího procesu.
|
|
|
Možnosti využití tuků při zpracování řas
Lučivňák, Roman
This work is a literature review and describes algae cultivation from available sources with a focus on closed cultivation systems. It is also dedicated to increasing the production of fats and their extraction from biomass. The entire thesis then focuses on the food use of these technologies and their products, and it also marginally describes the metabolism and basic taxonomy of algae.
|
|
|
Effect of light on microalgae growth
Adamec, Matěj ; Sukačová, Kateřina (referee) ; Naď, Martin (advisor)
Light is one of the key elements affecting the growth of photoautotrophic algae in photobioreactors. For optimal cultivation in such a device, sufficient access to light radiation to the microalgae is required sufficient light intensity is needed. In this work, considerable attention is paid to the influence of light during the whole photosynthesis process. Viable solutions for the illumination of the photobioreactor by natural and artificial light are evaluated in detail, including a description of its main parameters. The design of a programmable illumination for a newly designed photobioreactor with eight horizontal tubes and a control calculation of PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) were performed. Afterwards, the designed illumination was implemented on the newly built photobioreactor to evaluate the effect of photoperiod length and LED light coloration on the actual microalgae cultivation. Based on these data, the optimal photoperiod length could be determined, and ratios of 12:12, 18:6, and 24:0 (light phase:dark phase) were tested. Finally, to evaluate the spatial distribution of the photobioreactor illumination, CFD simulations of selected photobioreactor tubes were performed using simulation software ANSYS FLUENT.
|
|
|
Control system architecture for novel experimental microalgae photobioreactor Simbios
Věchet, Stanislav ; Krejsa, Jiří ; Chen, K. S.
Photo-bioreactors for growing biomass based on various microalgae cultures gains interests nowadays due to have possible positive impact to society because of the potential to serve as an atmospheric carbon dioxide removal (CDR) device, produce food or fuel. We present an overall architecture of a control system designed with focus to keep the photo-bioreactor alive for long term continuous operation without any human supervision needed. To test overall control system stability we design a custom build spiral photo-bioreactor (PBR) with novel hyperbolic shaped illuminated part. The shape of the illuminated part was design with the goal to increase the ratio of spiral part to volume due to the fact that the light is crucial for microalgae to grow. The control system was created from scratch while adopting reliable IoT sensors combined with highly reliable custom build embedded control system including a cloud data processing and storage. As a result we have scalable and reliable solution which is suitable for photo-bioreactors of various shapes and sizes to operate in fully autonomous mode without any human supervision needed.
|
|
|
Simulations of Photobioreactors from Hydrodynamics and Mass Transfer Point of View
Rebej, Miroslav ; Turek, Vojtěch (referee) ; Jördening, Alexandra (referee) ; Jegla, Zdeněk (advisor)
Simulations of photobioreactors with microalgae-specific cultures is a field that connects microbiology with the multiphase fluid dynamics. With microalgae cultivation, it is necessary to account various phenomena, e.g., multiphase hydrodynamics with water, CO2 bubbles and microalgae, multiphase species mass transfer, radiation transport, light attenuation, growth and culmination of microalgae and their effect on fluid properties. Computational model presented in this doctoral dissertation thesis links multiphase hydrodynamic model and the species mass transfer model. In the thesis, there is an overview of applicable computational models for the given types of photobioreactors. The multiphase hydrodynamic model and the species mass transfer model then draw from this overview. Next, the accuracy of these sub-models was compared with laboratory experiments. As a result, the developed computational model of the photobioreactor can be further extended with other sub-models, i.e., the irradiation model and the biomass growth model.
|
guest ::
