Druckbeaufschlagter Algen-Photobioreaktor - Gunook

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-13 06:56

Bevor ich in dieses anweisbare eintauche, möchte ich ein wenig mehr darüber erklären, was dieses Projekt ist und warum ich es gemacht habe. Auch wenn es etwas lang ist, möchte ich Sie bitten, es durchzulesen, da vieles von dem, was ich tue, ohne diese Informationen keinen Sinn ergibt.

Der vollständige Name dieses Projekts wäre ein Algen-Druckbioreaktor mit autonomer Datenerfassung, aber das wäre als Titel etwas lang. Die Definition eines Photobioreaktors lautet:

„Ein Bioreaktor, der eine Lichtquelle verwendet, um phototrophe Mikroorganismen zu kultivieren. Diese Organismen nutzen Photosynthese, um Biomasse aus Licht und Kohlendioxid zu erzeugen und umfassen Pflanzen, Moose, Makroalgen, Mikroalgen, Cyanobakterien und Purpurbakterien.“

Mein Reaktoraufbau wird zum Züchten von Süßwasseralgen verwendet, kann aber auch für andere Organismen verwendet werden.

Angesichts unserer Energiekrise und des Klimawandels werden viele alternative Energiequellen, wie zum Beispiel Solarenergie, erforscht. Ich glaube jedoch, dass unser Übergang von der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu umweltfreundlicheren Energiequellen schrittweise erfolgen wird, da wir die Wirtschaft nicht schnell vollständig umbauen können. Biokraftstoffe können als eine Art Sprungbrett dienen, da viele Autos, die mit fossilen Kraftstoffen betrieben werden, leicht auf Biokraftstoffe umgerüstet werden können. Was sind Biokraftstoffe, die Sie fragen?

Biokraftstoffe sind Kraftstoffe, die durch biologische Prozesse wie Photosynthese oder anaerobe Vergärung hergestellt werden, und nicht durch geologische Prozesse, die fossile Kraftstoffe erzeugen. Sie können durch verschiedene Verfahren hergestellt werden (die ich hier nicht im Detail behandeln werde). Zwei gängige Verfahren sind Umesterung und Ultraschall.

Derzeit sind Pflanzen die größte Quelle für Biokraftstoffe. Dies ist von Bedeutung, denn um die für Biokraftstoffe benötigten Öle herzustellen, müssen diese Pflanzen Photosynthese durchlaufen, um Sonnenenergie als chemische Energie zu speichern. Das bedeutet, dass bei der Verbrennung von Biokraftstoffen die ausgestoßenen Emissionen durch das von den Pflanzen aufgenommene Kohlendioxid ausgeglichen werden. Dies wird als klimaneutral bezeichnet.

Mit der aktuellen Technologie können Maispflanzen 18 Gallonen Biokraftstoff pro Morgen liefern. Sojabohnen ergeben 48 Gallonen und Sonnenblumen ergeben 102. Es gibt andere Pflanzen, aber keine ist vergleichbar mit Algen, die 5.000 bis 15.000 Gallonen pro Hektar ergeben können (Die Variation ist auf die Algenart zurückzuführen). Algen können in offenen Teichen, den sogenannten Raceways, oder in Photobioreaktoren gezüchtet werden.

Wenn also Biokraftstoffe so großartig sind und in Autos verwendet werden können, die fossile Brennstoffe verwenden, warum tun wir es dann nicht mehr? Kosten. Selbst bei hohen Algenölerträgen sind die Produktionskosten für Biokraftstoffe viel höher als die von fossilen Kraftstoffen. Ich habe dieses Reaktorsystem entwickelt, um zu sehen, ob ich die Effizienz eines Photobioreaktors verbessern könnte, und wenn es funktioniert, kann meine Idee in kommerziellen Anwendungen verwendet werden.

Hier mein Konzept:

Durch Druckerhöhung in einem Photobioreaktor kann ich die Löslichkeit von Kohlendioxid erhöhen, wie durch das Henrysche Gesetz beschrieben, das besagt, dass bei einer konstanten Temperatur die Menge eines bestimmten Gases, die sich in einer bestimmten Art und einem bestimmten Flüssigkeitsvolumen auflöst, direkt proportional zum Partialdruck dieses Gases im Gleichgewicht mit dieser Flüssigkeit. Partialdruck ist der Druck, den eine bestimmte Verbindung ausübt. Zum Beispiel beträgt der Partialdruck von Stickstoffgas auf Meereshöhe 0,78 atm, da dies der Prozentsatz an Stickstoff in der Luft ist.

Das bedeutet, dass ich durch Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration oder Erhöhung des Luftdrucks die Menge an gelöstem CO2 im Bioreaktor erhöhe. In diesem Setup werde ich nur den Druck ändern. Ich hoffe, dass dies Algen ermöglicht, mehr Photosynthese zu betreiben und schneller zu wachsen.

HAFTUNGSAUSSCHLUSS: Dies ist ein Experiment, das ich derzeit durchführe, und zum Zeitpunkt des Schreibens weiß ich nicht, dass es die Algenproduktion beeinflussen wird. Im schlimmsten Fall wird es sowieso ein funktionsfähiger Photobioreaktor sein. Als Teil meines Experiments muss ich das Algenwachstum überwachen. Ich werde dafür CO2-Sensoren mit einem Arduino und einer SD-Karte verwenden, um die Daten zu sammeln und zu speichern, damit ich sie analysieren kann. Dieser Datenerfassungsteil ist optional, wenn Sie nur einen Photobioreaktor herstellen möchten, aber ich werde Anweisungen und Arduino-Code für diejenigen geben, die ihn verwenden möchten.

Schritt 1: Materialien

Da der Teil der Datenerfassung optional ist, werde ich die Materialliste in zwei Abschnitte aufteilen. Außerdem erstellt mein Setup zwei Photobioreaktoren. Wenn Sie nur einen Reaktor wünschen, verwenden Sie einfach die Hälfte der Materialien für alles über 2 (diese Liste enthält die Anzahl oder Materialien, gefolgt von den Abmessungen, falls zutreffend). Ich habe auch Links zu bestimmten Materialien hinzugefügt, die Sie verwenden können, aber ich empfehle Ihnen, sich vor dem Kauf über die Preise zu informieren, da sie sich ändern können.

Photobioreaktor:

• 2 - 4,2 Gallonen Wasserflasche. (Wird zum Zapfen von Wasser verwendet. Stellen Sie sicher, dass die Flasche symmetrisch ist und keinen integrierten Griff hat. Sie sollte auch wiederverschließbar sein.
• 1 - RGB-LED-Streifen (15 bis 20 Fuß oder halb so viel für einen Reaktor. Muss nicht einzeln adressierbar sein, aber stellen Sie sicher, dass er mit eigenem Controller und Netzteil geliefert wird)
• Aquariensprudler mit einer Kapazität von 2 - 5 Gallonen + ca. 2 Fuß Schlauch (normalerweise mit dem Bubbler geliefert)
• 2 - Gewichte für die Schläuche der Bubbler. Ich habe nur 2 kleine Steine und Gummibänder verwendet.
• 2 Fuß - Kunststoffschlauch mit 3/8" Innendurchmesser
• 2 - 1/8" NPT Fahrradventile (Amazon Link für Ventile)
• 1 Tube - 2-Komponenten-Epoxy
• Algen Starterkultur
• Wasserlöslicher Pflanzendünger (ich habe die Marke MiracleGro von Home Depot verwendet)

Wichtige Info:

Je nach Konzentration der Starterkultur benötigen Sie pro Gallone mehr oder weniger Kapazität des Reaktors. In meinem Experiment habe ich 12 Spuren von jeweils 2,5 Gallonen durchgeführt, aber nur mit 2 Esslöffeln begonnen. Ich musste die Algen nur in einem separaten Becken wachsen lassen, bis ich genug hatte. Auch die Art spielt keine Rolle, aber ich habe Haematococcus verwendet, da sie sich in Wasser besser auflösen als Filamentalgen. Hier ist ein Link für die Algen. Als spaßiges Nebenexperiment kaufe ich vielleicht irgendwann die biolumineszenten Algen. Ich habe gesehen, dass es in Puerto Rico natürlich vorkommt und sie sahen wirklich cool aus.

Außerdem ist dies wahrscheinlich meine vierte Design-Iteration und ich habe versucht, die Kosten so gering wie möglich zu halten. Das ist ein Grund, warum ich anstelle des Druckaufbaus mit einem echten Kompressor kleine Aquariensprudler verwende. Sie haben jedoch weniger Kraft und können Luft mit einem Druck von etwa 6 psi plus Einlassdruck bewegen.

Ich habe dieses Problem gelöst, indem ich Luftsprudler mit einem Einlass gekauft habe, an den ich Schläuche anschließen kann. Von dort habe ich meine 3/8 -Schlauchmessungen. Der Einlass des Bubblers wird an den Schlauch angeschlossen und dann das andere Ende in den Reaktor. Dadurch wird die Luft recycelt, sodass ich mit meinen Sensoren auch den Kohlendioxidgehalt messen kann. Kommerzielle Anwendungen werden wahrscheinlich nur eine stetige Luftzufuhr haben, die man stattdessen verwenden und entsorgen kann. Hier ist ein Link für die Bubbler. Sie sind Teil eines Aquarienfilters, den Sie nicht benötigen. Ich habe diese nur verwendet, weil ich früher einen für verwendet habe my pet fishes. Sie können wahrscheinlich auch nur den Bubbler ohne Filter online finden.

Datensammlung:

• 2 - Vernier CO2-Sensoren (sie sind mit Arduino kompatibel, aber auch teuer. Ich habe meine von meiner Schule geliehen)
• Schrumpfschlauch - mindestens 1 Zoll Durchmesser, um auf die Sensoren zu passen
• 2 - Nonius-Analog-Protoboard-Adapter (Bestellcode: BTA-ELV)
• 1 - Steckbrett
• Steckbrett-Überbrückungsdrähte
• 1 - SD-Karte oder MicroSD und Adapter
• 1 - Arduino SD-Kartenschild. Meins ist von Seed Studio und mein Code ist auch dafür. Möglicherweise müssen Sie den Code anpassen, wenn Ihr Schild aus einer anderen Quelle stammt
• 1 - Arduino, ich habe den Arduino Mega 2560 verwendet
• USB-Kabel für den Arduino (zum Hochladen von Code)
• Arduino-Netzteil. Sie können auch ein Telefonladegerät mit dem USB-Kabel verwenden, um 5 V Strom bereitzustellen

Schritt 2: Druck

Um den Behälter unter Druck zu setzen, müssen hauptsächlich zwei Dinge getan werden:

1. Der Deckel sollte sich sicher auf der Flasche befestigen lassen
2. Ein Ventil muss installiert werden, um Luftdruck hinzuzufügen

Das Ventil haben wir schon. Wählen Sie einfach eine Stelle auf der Flasche weit oberhalb der Algenlinie und bohren Sie ein Loch hinein. Der Durchmesser des Lochs sollte dem Durchmesser des größeren oder Schraubenendes des Ventils entsprechen (Sie können zuerst ein kleineres Pilotloch und dann den tatsächlichen Durchmesser des Lochs herstellen). Dies sollte es dem Nichtventilende ermöglichen, dass Gerste in die Flasche passt. Mit einem verstellbaren Schraubenschlüssel zog ich das Ventil in den Kunststoff. Dadurch entstehen auch Nuten im Kunststoff für die Schraube. Als nächstes nahm ich einfach das Ventil heraus, fügte Klempnerband hinzu und legte es wieder an seinen Platz.

Wenn Ihre Flasche kein dickwandiges Plastik hat:

Raue den Kunststoff um das Loch herum mit etwas Sandpapier auf. Tragen Sie dann auf den größeren Teil des Ventils eine großzügige Menge Epoxidharz auf. Es kann ein Zweikomponenten-Epoxid oder jede andere Art sein. Stellen Sie nur sicher, dass es hohem Druck standhält und wasserdicht ist. Als nächstes setzen Sie einfach das Ventil ein und halten es ein wenig, bis es festsitzt. Wischen Sie den Überschuss an den Rändern nicht ab. Lassen Sie das Epoxidharz ebenfalls aushärten, bevor Sie den Photobioreaktor testen.

Der Deckel, den ich habe, kommt mit einem O-Ring und sichert fest. Ich verwende einen maximalen Druck von 30 psi und er kann ihn zurückhalten. Wenn Sie einen Schraubverschluss haben, ist es noch besser. Stellen Sie nur sicher, dass Sie es mit Klempnerband einfädeln. Schließlich können Sie Schnur oder strapazierfähiges Klebeband unter die Flasche bis über den Verschluss wickeln, um sie fest zu halten.

Um es zu testen, fügen Sie langsam Luft durch das Ventil hinzu und achten Sie auf Luftlecks. Mit etwas Seifenwasser können Sie feststellen, wo Luft entweicht und mehr Epoxid hinzugefügt werden muss.

Schritt 3: Bubbler

Wie ich im Abschnitt Materialien erwähnt hatte, basieren die Abmessungen für meine Schläuche auf dem von mir gekauften Bubbler. Wenn Sie den Link verwendet oder die gleiche Bubbler-Marke gekauft haben, müssen Sie sich nicht um andere Abmessungen kümmern. Wenn Sie jedoch eine andere Bubbler-Marke haben, müssen Sie einige Schritte ausführen:

1. Stellen Sie sicher, dass es eine Aufnahme gibt. Einige Bubbler haben einen klaren Eingang, andere haben ihn um den Ausgang herum (wie der, den ich habe, siehe die Bilder).
2. Messen Sie den Durchmesser des Eingangs und das ist der Innendurchmesser für den Schlauch.
3. Stellen Sie sicher, dass der Auslass-/Sprudlerschlauch problemlos durch Ihren Einlassschlauch passt, wenn sich der Einlass Ihres Bubblers um den Auslass herum befindet.

Als nächstes fädeln Sie den kleineren Schlauch durch den größeren und befestigen dann ein Ende am Bubbler-Ausgang. Schieben Sie das größere Ende über den Eingang. Verwenden Sie Epoxidharz, um es an Ort und Stelle zu halten und vor hohem Druck abzudichten. Achten Sie nur darauf, kein Epoxid in den Einlasskanal zu geben. Randbemerkung: Wenn Sie eine Oberfläche mit Sandpapier leicht zerkratzen, bevor Sie Epoxid hinzufügen, wird die Bindung stärker.

Zuletzt machen Sie ein Loch in die Flasche, das groß genug für den Schlauch ist. In meinem Fall war es 1/2 (Bild 5). Fädeln Sie den kleineren Schlauch durch und oben auf die Flasche. Sie können jetzt ein Gewicht (ich habe Gummibänder und einen Stein verwendet) anbringen und es wieder in die Stecken Sie dann das größere Rohr durch die Flasche und kleben Sie es ein. Beachten Sie, dass das große Rohr endet, kurz nachdem es in die Flasche eintritt. Dies liegt daran, dass es sich um einen Lufteinlass handelt und Sie nicht möchten, dass Wasser hineinspritzt es.

Ein Vorteil dieses geschlossenen Systems ist, dass kein Wasserdampf entweicht und Ihr Zimmer nicht nach Algen riecht.

Schritt 4: LEDs

LEDs sind dafür bekannt, energieeffizient und viel kühler (in Bezug auf die Temperatur) zu sein als normale Glüh- oder Leuchtstofflampen. Sie produzieren jedoch immer noch etwas Wärme und es ist leicht zu bemerken, wenn sie noch aufgerollt eingeschaltet wird. Wenn wir die Streifen in diesem Projekt verwenden, werden sie nicht so geclustert. Jede zusätzliche Wärme wird leicht von der Algenwasserlösung abgestrahlt oder absorbiert.

Je nach Algenart benötigen sie mehr oder weniger Licht und Wärme. Zum Beispiel benötigt die oben erwähnte biolumineszierende Algenart viel mehr Licht. Eine Faustregel, die ich verwendet habe, ist, sie auf der niedrigsten Stufe zu halten und sie langsam um ein oder zwei Helligkeitsstufen zu erhöhen, während die Algen wuchsen.

Wie auch immer, um das LED-System einzurichten, wickeln Sie den Streifen einfach ein paar Mal um die Flasche, wobei jede Umwicklung etwa 1 Zoll hochkommt. Meine Flasche hatte Rillen, in die die LED bequem hineinpasste. Ich habe nur ein bisschen Klebeband verwendet, um sie an Ort und Stelle zu halten. Wenn Sie wie ich zwei Flaschen verwenden, wickeln Sie einfach eine Flasche zur Hälfte und die andere um die andere.

Jetzt fragen Sie sich vielleicht, warum sich meine LED-Streifen nicht bis zur Oberseite meines Photobioreaktors wickeln. Ich tat dies mit Absicht, weil ich Platz für die Luft und für den Sensor brauchte. Obwohl die Flasche ein Volumen von 4,2 Gallonen hat, habe ich nur die Hälfte davon verwendet, um die Algen zu züchten. Wenn mein Reaktor ein kleines Leck hätte, würde der Volumendruck auch weniger drastisch sinken, da das Volumen der entweichenden Luft einen geringeren Prozentsatz der Gesamtluftmenge in der Flasche ausmacht. Es gibt einen schmalen Grat, an dem die Algen genug Kohlendioxid zum Wachsen haben würden, aber gleichzeitig sollte weniger Luft vorhanden sein, damit das Kohlendioxid, das die Algen absorbieren, einen Einfluss auf die Gesamtzusammensetzung der Algen hat Luft, so dass ich die Daten aufzeichnen kann.

Wenn Sie beispielsweise eine Papiertüte einatmen, wird diese mit einem hohen Anteil an Kohlendioxid gefüllt. Aber wenn Sie nur die offene Atmosphäre einatmen, ist die Gesamtzusammensetzung der Luft immer noch ungefähr gleich und es ist keine Veränderung erkennbar.

Schritt 5: Protoboard-Verbindungen

Hier ist Ihr Photobioreaktor-Setup abgeschlossen, wenn Sie die Arduino-Datenerfassung und -Sensoren nicht hinzufügen möchten. Sie können einfach zum Schritt über das Wachstum von Algen springen.

Bei Interesse müssen Sie jedoch die Elektronik für einen Vortest herausholen, bevor Sie sie in die Flasche geben. Verbinden Sie zuerst das SD-Kartenschild oben auf dem Arduino. Alle Pins, die Sie normalerweise auf dem Arduino verwenden würden, die vom SD-Kartenschild verwendet werden, sind weiterhin verfügbar. Verbinden Sie einfach das Überbrückungskabel mit dem Loch direkt darüber.

Ich habe diesem Schritt Bilder der Arduino-Pin-Konfigurationen beigefügt, auf die Sie sich beziehen können. Grüne Drähte wurden verwendet, um die 5V mit Arduino 5V zu verbinden, orange, um GND mit Arduino-Masse zu verbinden, und Gelb, um SIG1 mit Arduino A2 und A5 zu verbinden. Beachten Sie, dass viele zusätzliche Verbindungen zu den Sensoren hergestellt werden könnten, die jedoch nicht für die Datenerfassung benötigt werden und der Vernier-Bibliothek nur helfen, bestimmte Funktionen auszuführen (z. B. die Identifizierung des verwendeten Sensors).

Hier ist ein kurzer Überblick darüber, was die Pins des Protoboards tun:

1. SIG2 - 10V-Ausgangssignal, das nur von wenigen Nonius-Sensoren verwendet wird. Wir werden es nicht brauchen.
2. GND - verbindet mit Arduino-Masse
3. Vres - verschiedene Noniussensoren haben unterschiedliche Widerstände. Das Anlegen von Spannung und das Lesen des Stromausgangs von diesem Pin hilft, Sensoren zu identifizieren, aber es hat bei mir nicht funktioniert. Ich wusste auch vorher, welchen Sensor ich verwende, also habe ich ihn im Programm hart codiert.
4. ID - hilft auch bei der Identifizierung von Sensoren, wird hier aber nicht benötigt
5. 5V - versorgt den Sensor mit 5 Volt. Verbunden mit Arduino 5V
6. SIG1 - Ausgang für die Sensoren von einer Skala von 0 bis 5 Volt. Ich werde nicht die Kalibrierungsgleichungen erklären und alles, um die Sensorausgabe in tatsächliche Daten umzuwandeln, aber stellen Sie sich den CO2-Sensor so vor: Je mehr CO2 er erkennt, desto mehr Spannung gibt er an SIG2 zurück.

Leider funktioniert die Vernier-Sensorbibliothek nur mit einem Sensor und wenn wir zwei verwenden müssen, müssen wir die von den Sensoren ausgegebene Rohspannung einlesen. Den Code habe ich im nächsten Schritt als.ino-Datei bereitgestellt.

Denken Sie beim Anbringen von Überbrückungsdrähten an das Steckbrett daran, dass Lochreihen verbunden sind. So verbinden wir die Protoboard-Adapter mit dem Arduino. Außerdem können einige Pins vom SD-Kartenleser verwendet werden, aber ich habe sichergestellt, dass sie sich nicht gegenseitig stören. (Es ist normalerweise digitaler Pin 4)

Schritt 6: Code und Test

Laden Sie die Arduino-Software auf Ihren Computer herunter, wenn Sie sie noch nicht installiert haben.

Als nächstes schließen Sie die Sensoren an die Adapter an und stellen Sie sicher, dass die gesamte Verkabelung in Ordnung ist (überprüfen Sie, ob die Sensoren auf der niedrigen Einstellung von 0 - 10.000 ppm stehen). Stecken Sie die SD-Karte in den Steckplatz und verbinden Sie das Arduino über das USB-Kabel mit Ihrem Computer. Öffnen Sie dann die Datei SDTest.ino, die ich in diesem Schritt bereitgestellt habe, und klicken Sie auf die Schaltfläche Hochladen. Sie müssen die SD-Bibliothek als ZIP-Datei herunterladen und ebenfalls hinzufügen.

Nachdem der Code erfolgreich hochgeladen wurde, klicken Sie auf Tools und wählen Sie den seriellen Monitor aus. Auf dem Bildschirm sollten Informationen zum Sensormesswert angezeigt werden. Nachdem Sie den Code eine Weile ausgeführt haben, können Sie das Arduino trennen und die SD-Karte herausnehmen.

Wie auch immer, wenn Sie die SD-Karte in Ihren Laptop einlegen, sehen Sie eine DATALOG. TXT-Datei. Öffnen Sie es und stellen Sie sicher, dass sich darin Daten befinden. Ich habe dem SD-Test einige Funktionen hinzugefügt, die die Datei nach jedem Schreiben speichern. Das bedeutet, dass selbst wenn Sie die SD-Karte mitten im Programm herausnehmen, alle Daten bis zu diesem Zeitpunkt vorhanden sind. Meine Datei AlgaeLogger.ino ist noch komplexer mit Verzögerungen, damit sie eine Woche lang ausgeführt werden kann. Darüber hinaus habe ich eine Funktion hinzugefügt, die eine neue datalog.txt-Datei startet, wenn bereits eine existiert. Es war nicht erforderlich, dass der Code funktioniert, aber ich wollte nur alle Daten, die das Arduino in verschiedenen Dateien sammelt, anstatt sie stundenweise durchsuchen zu müssen. Ich kann das Arduino auch einstecken, bevor ich mit meinen Experimenten beginne, und den Code einfach zurücksetzen, indem ich auf die rote Schaltfläche klicke, wenn ich bereit bin, zu beginnen.

Wenn der Testcode funktioniert hat, können Sie die von mir bereitgestellte Datei AlgaeLogger.ino herunterladen und auf das arduino hochladen. Wenn Sie bereit sind, Ihre Datenerfassung zu starten, schalten Sie das Arduino ein, legen Sie die SD-Karte ein und klicken Sie auf die rote Schaltfläche des Arduino, um das Programm neu zu starten. Der Code nimmt 1 Woche lang in Abständen von einer Stunde Messungen vor. (168 Datensammlungen)

Schritt 7: Sensoren in den Photobioreaktor einbauen

Oh ja, wie konnte ich das vergessen?

Sie müssen die Sensoren im Photobioreaktor installieren, bevor Sie versuchen, Daten zu sammeln. Ich hatte nur den Schritt, die Sensoren und den Code vor diesem zu testen, damit Sie, wenn einer Ihrer Sensoren defekt ist, sofort einen anderen bekommen können, bevor Sie ihn in den Photobioreaktor integrieren. Das Entfernen der Sensoren nach diesem Schritt wird schwierig, aber es ist möglich. Anweisungen dazu finden Sie im Schritt Tipps und letzte Gedanken.

Wie auch immer, ich werde die Sensoren in den Deckel meiner Flasche integrieren, da dieser am weitesten vom Wasser entfernt ist und ich nicht möchte, dass er nass wird. Außerdem habe ich festgestellt, dass der gesamte Wasserdampf in der Nähe des Bodens und der dünnen Wände der Flasche kondensiert ist, sodass diese Platzierung verhindert, dass Wasserdampf die Sensoren beschädigt.

Schieben Sie zunächst den Schrumpfschlauch über den Sensor, aber achten Sie darauf, nicht alle Löcher zu verdecken. Als nächstes schrumpfen Sie den Schlauch mit einer kleinen Flamme. Farbe spielt keine Rolle, aber ich habe Rot für die Sichtbarkeit verwendet.

Als nächstes bohren Sie ein 1 Loch in die Mitte des Deckels und verwenden Sie Sandpapier, um den Kunststoff um ihn herum aufzurauen. Dies hilft der Epoxidverbindung gut.

Geben Sie zum Schluss etwas Epoxid auf den Schlauch und schieben Sie den Sensor auf den Deckel. Fügen Sie etwas mehr Epoxid auf der Außen- und Innenseite der Kappe hinzu, wo die Kappe auf den Schrumpfschlauch trifft, und lassen Sie sie trocknen. Es sollte jetzt luftdicht sein, aber wir müssen es zur Sicherheit einem Drucktest unterziehen.

Schritt 8: Drucktest mit Sensoren

Da wir den Photobioreaktor bereits vorher mit dem Fahrradventil getestet haben, brauchen wir uns hier nur um die Kappe zu kümmern. Erhöhen Sie wie beim letzten Mal langsam den Druck und achten Sie auf Lecks. Wenn Sie einen finden, fügen Sie etwas Epoxid auf die Innenseite der Kappe und auf die Außenseite.

Verwenden Sie auch Seifenlauge, um Lecks zu finden, aber legen Sie keine in den Sensor.

Es ist äußerst wichtig, dass keine Luft aus dem Photobioreaktor entweicht. Der Messwert des CO2-Sensors wird durch eine Konstante beeinflusst, die direkt mit dem Druck in Zusammenhang steht. Wenn Sie den Druck kennen, können Sie die tatsächliche Kohlendioxidkonzentration für die Datenerfassung und -analyse ermitteln.

Schritt 9: Algenkultur und Nährstoffe

Um die Algen zu züchten, füllen Sie den Behälter bis knapp über die LEDs mit Wasser. Es sollte etwa 2 Gallonen sein, ein paar Tassen zu geben oder zu nehmen. Fügen Sie dann löslichen Pflanzendünger gemäß den Anweisungen auf der Packung hinzu. Ich habe noch ein bisschen mehr hinzugefügt, um das Algenwachstum zu erhöhen. Zum Schluss Algen-Starterkultur hinzufügen. Ich habe ursprünglich 2 Esslöffel für die gesamten 2 Gallonen verwendet, aber ich werde während meines Experiments 2 Tassen verwenden, um die Algen schneller wachsen zu lassen.

Stellen Sie die LEDs auf die niedrigste Stufe und erhöhen Sie sie später, wenn das Wasser zu dunkel wird. Schalten Sie den Bubbler ein und lassen Sie den Reaktor etwa eine Woche lang stehen, damit die Algen wachsen. Sie müssen das Wasser einige Male herumwirbeln, um zu verhindern, dass sich die Algen am Boden absetzen.

Außerdem absorbiert die Photosynthese hauptsächlich rotes und blaues Licht, weshalb Blätter grün sind. Um den Algen das Licht zu geben, das sie brauchen, ohne sie zu stark zu erhitzen, habe ich lila Licht verwendet.

In den beigefügten Bildern wuchs ich nur die ursprünglichen 2 Esslöffel Starter heraus, die ich für mein eigentliches Experiment auf etwa 40 Tassen hatte. Man merkt, dass die Algen stark gewachsen sind, wenn man bedenkt, dass das Wasser vorher vollkommen klar war.

Schritt 10: Tipps und letzte Gedanken

Ich habe beim Aufbau dieses Projekts viel gelernt und beantworte gerne Fragen in den Kommentaren nach bestem Wissen und Gewissen. In der Zwischenzeit habe ich hier ein paar Tipps:

1. Verwenden Sie doppelseitiges Schaumstoffband, um die Dinge an Ort und Stelle zu sichern. Es reduziert auch die Vibrationen des Bubblers.
2. Verwenden Sie eine Steckdosenleiste, um alle Teile zu schützen und Platz zum Einstecken zu haben.
3. Verwenden Sie eine Fahrradpumpe mit Manometer und erhöhen Sie den Druck nicht, ohne die Flasche mit Wasser zu füllen. Dies hat zwei Gründe. Erstens erhöht sich der Druck schneller und zweitens verhindert das Gewicht des Wassers, dass sich der Flaschenboden umdreht.
4. Verwirbeln Sie die Algen hin und wieder, um eine gleichmäßige Lösung zu erhalten.
5. So entfernen Sie die Sensoren: Schneiden Sie den Schlauch mit einer scharfen Klinge vom Sensor ab und reißen Sie ihn so weit wie möglich ab. Ziehen Sie dann den Sensor vorsichtig heraus.

Ich werde weitere Tipps hinzufügen, sobald sie mir in den Sinn kommen.

Abschließend möchte ich noch ein paar Dinge sagen. Der Zweck dieses Projekts besteht darin, zu sehen, ob Algen schneller für die Biokraftstoffproduktion gezüchtet werden können. Obwohl es sich um einen funktionierenden Photobioreaktor handelt, kann ich nicht garantieren, dass der Druck einen Unterschied macht, bis alle meine Versuche abgeschlossen sind. Zu diesem Zeitpunkt werde ich hier eine Bearbeitung vornehmen und die Ergebnisse zeigen (Suchen Sie irgendwann Mitte März).

Wenn Sie der Meinung sind, dass dieses instructable möglicherweise nützlich ist und die Dokumentation gut ist, hinterlassen Sie mir ein Like oder einen Kommentar. Ich habe auch an den LED-, Arduino- und Epilog-Wettbewerben teilgenommen, also stimme für mich, wenn ich es verdiene.

Bis dahin allen viel Spaß beim Basteln

BEARBEITEN:

Mein Experiment war ein Erfolg und ich konnte damit auch auf eine staatliche Wissenschaftsmesse kommen! Nachdem ich die Diagramme der Kohlendioxidsensoren verglichen hatte, führte ich auch einen ANOVA-Test (Analysis of Variance) durch. Grundsätzlich bestimmt dieser Test die Wahrscheinlichkeit, dass die gegebenen Ergebnisse auf natürliche Weise auftreten. Je näher der Wahrscheinlichkeitswert an 0 liegt, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass das gegebene Ergebnis angezeigt wird, d. h., welche unabhängige Variable auch immer geändert wurde, hatte tatsächlich einen Einfluss auf die Ergebnisse. Für mich war der Wahrscheinlichkeitswert (auch bekannt als p-Wert) sehr niedrig, irgendwo um 10 auf -23 angehoben…. im Grunde 0. Dies bedeutete, dass der steigende Druck im Reaktor den Algen ein besseres Wachstum ermöglichte und mehr CO2 absorbierte, als ich es vorhergesagt hatte.

In meinem Test hatte ich eine Kontrollgruppe ohne Druckerhöhung, 650 Kubikzentimeter Luft, 1300 Kubikzentimeter Luft und 1950 Kubikzentimeter Luft. Die Sensoren funktionierten bei der höchsten Druckspur nicht mehr richtig, daher habe ich sie als Ausreißer ausgeschlossen. Trotzdem änderte sich der P-Wert nicht viel und wurde immer noch leicht auf 0 gerundet. In zukünftigen Experimenten würde ich versuchen, einen zuverlässigen Weg zu finden, die CO2-Aufnahme ohne teure Sensoren zu messen, und vielleicht den Reaktor so aufrüsten, dass er sicher mit höheren Temperaturen umgehen kann Drücke.

Vizemeister im LED-Wettbewerb 2017