Use of solar energy for CO2 capture, algae cultivation and hydrogen production

BioH2 prosjektet er et samarbeidsprosjekt mellom Bioforsk og NMBU. Prosjektkonseptet kombinerer omdannelse av solenergi til algebiomasse gjennom å utnytte algenes fotosyntese, bruk og fangst av karbondioksid fra forbrenningsreaksjoner/røykgasser fra industri og produksjon av H2 fra algekulturene under stressbetingelser. Prosjektet etablerer prosedyrer og genererer kunnskap for optimal produksjon av alger. Prosjektet skaper også kunnskap og utvikler nødvendige metoder for en økonomisk og miljømessig bærekraftig produksjon av hydrogengass fra solenergi ved bruk av grønnalger. I prosjektperioden har bl.a. studier av vekstfysiologi hos Chlamydomonas reinhardtii blitt gjennomført. Optimalisering av næringsmedium har vist at det er et stort potensiale for økt produksjon av algebiomasse ved autotrof kultivering. Næringsmedium og miljøfaktorer som lys (både dagslys og kunstig lys), CO2 konsentrasjoner og temperatur har blitt studert for effekt på sammensetning i algebiomassen med fokus på klorofyll, protein og stivelse i tillegg til glukanproduksjon, noe som har betydning for videre bruk av algene som fòr eller kilde til bioenergi. Forsøk med algedyrking med avløpsgass som CO2 kilde har blitt gjennomført ved tre lokasjoner, Eramet i Kvinesdal, Borregaard i Sarpsborg, og Forus Energigjenvinning i Sandnes. Avløpsgassen hadde ulike sammensetning av CO2, NOx, SO2, HCl og andre komponenter som påvirker algenes vekst. Hydrogenproduksjon fra to grønnalger, Chlorella sorokiniana og Chlamydomonas reinhardtii, har blitt undersøkt både i avanserte bioreaktorer under strengt kontrollerte forhold, og i enklere oppsett. Produksjonen ble undersøkt i alger dyrket under miksotrofe og under autotrofe betingelser, og hydrogenproduksjon under begge betingelser ble oppnådd ved hjelp av manipulering av lysintensiteter. Bioreaktorer ble optimalisert for maksimal oppsamling av den produserte hydrogengassen, for å sikre reproduserbare resultater. Chlorella sorokiniana ble dyrket i kjemostat- og i turbidostatsystemer for optimal vekst. Manipulering av miljøbetingelser ble brukt for å produsere alger til bruk som prekulturer i hydrogenproduksjon.

The project proposal is result of a co-operation between the Bioforsk -the Norwegian Institute for Agricultural and Environmental Research and the Norwegian University of Life Sciences (UMB). They will collaborate with Ben-Gurion University, Israel on spe cific research activities. More comprehensive outputs will be achieved by using results from an ongoing co-operation project between Bioforsk, Uppsala University and IIT Kharagpur in India, also on Biohydrogen from algae, financed by the Norwegian Ministr y of Foreign Affairs ("India project",Nov.2008-Nov. 2011).The project concept combines transformation of solar energy to algal biomass through algae's photosynthesis, use and capture of CO2 from flue gas from industry and production of H2 from algal cultu res under stress conditions. The project will establish procedures and generate knowledge for optimal production of algal biomass. Furthermore, it will generate knowledge and methods necessary for an economical and environmental sustainable production of hydrogen gas from solar energy by using green algae. The main project goals will be achieved by building on and developing further knowledge about algae cultivation under optimal conditions for growth, use of operational photobioeactors, including one pro totypedeveloped within said India project, use of selected green algae species in the photobioreactors to determine the capacity of photobiological CO2 capture. The project will have strong focus on internationalization, network building and internationa l co-operation. The long term perspective with regard to algae cultivation and H2 production from green algae is the building of large-scale bioreactors for the purpose of commercial production of algae, H2 and use of algal biomass for industrial purpose s.