Cultivation of Leptolyngbya sp. in seawater and CO₂ fixation
| datacite.contributor.RelatedPerson | Κούκος, Ιωάννης | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Παρασκευά, Χριστάκης | |
| datacite.contributor.Supervisor | Βαγενάς, Δημήτριος | |
| dc.contributor.author | Τζάνης, Θωμάς | |
| dc.contributor.other | Tzanis, Thomas | |
| dc.date.accessioned | 2025-11-05T07:52:29Z | |
| dc.date.available | 2025-11-05T07:52:29Z | |
| dc.date.issued | 2025-07-07 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | Η αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) στην ατμόσφαιρα αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους περιβαλλοντικούς κινδύνους της εποχής μας. Παράλληλα, εντείνεται η ανάγκη για βιώσιμες τεχνολογίες παραγωγής βιοπροϊόντων που θα μπορούσαν να υποκαταστήσουν προϊόντα ορυκτής προέλευσης. Σε αυτό το πλαίσιο, η αξιοποίηση φωτοσυνθετικών μικροοργανισμών, όπως τα κυανοβακτήρια, αναδεικνύεται ως μία ιδιαίτερα υποσχόμενη στρατηγική για τη δέσμευση CO₂ και την παραγωγή προϊόντων προστιθέμενης αξίας. Επιπλέον, η ανάπτυξή τους σε μέσα όπως το θαλασσινό νερό, αντί του γλυκού, συνεισφέρει στη διατήρηση πολύτιμων φυσικών πόρων, καθιστώντας τη διαδικασία ακόμη πιο βιώσιμη και φιλική προς το περιβάλλον. Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στην καλλιέργεια του κυανοβακτηρίου Leptolyngbya sp. σε φυσικό θαλασσινό νερό, ενός στελέχους που επιλέχθηκε ειδικά λόγω της περιορισμένης βιβλιογραφίας σχετικά με τη συμπεριφορά και την απόδοσή του υπό τέτοιες συνθήκες. Το ερευνητικό αυτό κενό καθιστά το Leptolyngbya sp. μια πολλά υποσχόμενη επιλογή για τη διερεύνηση της ικανότητάς του να δεσμεύει CO₂ και να παράγει πολύτιμα βιοπροϊόντα. Αρχικά, πραγματοποιήθηκαν πειράματα σε ασυνεχή αντιδραστήρες υπό διαφορετικά επίπεδα αλατότητας, με στόχο την αξιολόγηση της ικανότητας προσαρμογής του οργανισμού. Στη συνέχεια, η καλλιέργεια πραγματοποιήθηκε σε σύστημα συγκοινωνούντων δοχείων, με παροχή CO₂ είτε μέσω του ατμοσφαιρικού αέρα (0,04%) είτε μέσω μίγματος εμπλουτισμένου με καθαρό CO₂ (έως 1%). Παράλληλα, η παραγόμενη βιομάζα αναλύθηκε ως προς την περιεκτικότητά της σε λιπίδια, πρωτεΐνες, υδατάνθρακες και χρωστικές ουσίες, ενώ παρακολουθούνταν τα επίπεδα CO₂ για την αξιολόγηση της απόδοσης δέσμευσης του. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το Leptolyngbya sp. μπορεί να αναπτυχθεί αποτελεσματικά σε θαλασσινό νερό, συμβάλλοντας ταυτόχρονα στην απομάκρυνση θρεπτικών συστατικών και στη δέσμευση CO₂. Η υψηλότερη συγκέντρωση βιομάζας (1,8 g L⁻¹) επιτεύχθηκε στο πείραμα με ελάχιστη χρήση χημικών προσθέτων και πλαστικά πληρωτικά υλικά για την προσκόλληση και ανάπτυξη της βιομάζας, αν και παρατηρήθηκε επίσης ισχυρή ανάπτυξη και σε άλλες συνθήκες (1,2 g L⁻¹). Σε όλα τα πειράματα, η βιομάζα παρουσίασε υψηλή εριεκτικότητα σε πρωτεΐνες (~30% w/w) και λιπίδια (~30% w/w), με χαμηλότερη αναλογία υδατανθράκων (~12% w/w). Όσον αφορά τη δέσμευση CO₂, το σύστημα με ατμοσφαιρικό αέρα και περιορισμένες χημικά σε συνδυασμό με πλαστικά πληρωτικά υλικά αποδείχθηκε ιδιαίτερα αποτελεσματικό, μειώνοντας τα επίπεδα CO₂ από 420 ppm (ατμοσφαιρικά) σε μόλις 15 ppm (μείωση 96,4%), αποδεικνύοντας την υψηλή του αποδοτικότητα στη δέσμευση και τον μετριασμό του ατμοσφαιρικού CO₂. Αντίστοιχα, το σύστημα που λειτούργησε με αυξημένες συγκεντρώσεις CO₂ παρουσίασε επίσης ενθαρρυντικά αποτελέσματα, επιτυγχάνοντας παραγωγή βιομάζας 1,4 g L⁻¹ και σημαντική μείωση των επιπέδων CO₂—κατά 68% σε συγκέντρωση 0,5% CO₂ και κατά 32% σε 1% CO₂, αντίστοιχα. Η χρήση φυσικού θαλασσινού νερού ως καλλιεργητικού μέσου μειώνει σημαντικά το λειτουργικό κόστος, ενισχύοντας τη βιωσιμότητα της διαδικασίας. Συνολικά, η μελέτη καταδεικνύει ότι η καλλιέργεια του Leptolyngbya sp. σε θαλάσσιο περιβάλλον αποτελεί μια αποδοτική, περιβαλλοντικά φιλική και οικονομικά βιώσιμη προσέγγιση για τη δέσμευση CO₂ και την παραγωγή βιοπροϊόντων, συμβάλλοντας ενεργά στη μετάβαση προς μια κυκλική και πράσινη οικονομία. | |
| dc.description.translatedabstract | The increase in atmospheric carbon dioxide (CO₂) concentration constitutes one of the most significant environmental threats of our time. At the same time, there is a growing need for sustainable technologies for the production of bioproducts that could replace fossil-derived counterparts. In this context, the utilization of photosynthetic microorganisms, such as cyanobacteria, emerges as a particularly promising strategy for CO₂ capture and the generation of value-added products. Moreover, their cultivation using media such as seawater instead of freshwater contributes to the preservation of vital natural resources, further enhancing the sustainability and environmental friendliness of the process. This thesis focuses on the cultivation of the cyanobacterium Leptolyngbya sp. in natural seawater, a strain chosen specifically due to the limited literature on its behavior and performance under such conditions. This gap makes leptolyngbya sp. a promising candidate for investigating its CO₂ fixation potential and capacity for generating valuable bioproducts. Initial experiments were conducted in batch reactors under different salinity levels to evaluate the organism’s acclimatization. In subsequent experiments, cultivation was carried out in a system of interconnected vessels, with CO₂ supplied either through ambient air (0.042%) or a mixture enriched with pure CO₂ (up to 1%). In parallel, the produced biomass was analyzed for its lipid, protein, carbohydrate, and pigment content, and CO₂ levels were monitored to assess carbon capture performance. The results showed that Leptolyngbya sp. can grow efficiently in seawater, while simultaneously removing nutrients and fixing CO₂. The highest biomass concentration (1.8 g L-1) was achieved in the experiment using minimal chemical additives and plastic support media for biomass attachment and growth, although strong growth was also observed in the other conditions (1.2 g L-1). Across all experiments, the biomass was rich in proteins (~30% w/w) and lipids (~30% w/w), with a lower proportion of carbohydrates (~12% w/w). Regarding CO₂ fixation, the system with ambient air and limited chemical with plastic support media inputs proved particularly effective, reducing CO₂ levels from 420 ppm (atmospheric) down to just 15 ppm (96.4% reduction), demonstrating its high efficiency in atmospheric CO₂ fixation and mitigation. Similarly, the setup operated with elevated CO₂ concentrations yielded promising results, achieving a biomass production of 1.4 g L⁻¹ and significantly reducing CO₂ levels—by 68% at 0.5% CO₂ and 32% at 1% CO₂, respectively. The use of natural seawater as a cultivation medium greatly reduces operational costs and improves the sustainability of the process. Overall, this study concludes that cultivating Leptolyngbya sp. in seawater is an efficient, environmentally friendly, and economically viable approach for producing bioproducts and mitigating CO₂ emissions, contributing to the shift toward a circular and green economy. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/30946 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.rights | CC0 1.0 Universal | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ | |
| dc.subject | Cyanobacteria | |
| dc.subject | CO2 fixation | |
| dc.subject | Seawater | |
| dc.subject.alternative | Κυανοβακτήρια | |
| dc.subject.alternative | Δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα | |
| dc.subject.alternative | Θαλασσινό νερό | |
| dc.title | Cultivation of Leptolyngbya sp. in seawater and CO₂ fixation | |
| dc.title.alternative | Ανάπτυξη καλλιέργειας Leptolyngbya sp. σε θαλασσινό νερό και δέσμευση CO₂ |