Abstract: In iets meer dan 30 jaar moeten we tot 50% meer eiwit produceren, terwijl onze conventionele lineaire voedselproductieketen reeds de grenzen van duurzaamheid overschrijdt. Microbieel eiwit (MP), de eiwitrijke biomassa van micro-organismen, werd onderzocht als nieuw voeder en voedselingrediënt in een circulaire eiwitproductieketen. MP-productie kan gebaseerd zijn op primaire grondstoffen om zo de inefficiënte stappen in de huidige eiwitproductie over te slaan, of de productie kan gebaseerd zijn op secundaire grondstoffen afkomstig van de verliezen in de conventionele productieketen (bijvoorbeeld afvalwater). Zowel indirecte als directe strategiën voor nutriëntenherwinning kunnen geïdentificeerd worden. Indirecte nutriëntenherwinning werd onderzocht door struviet toe te passen als fosfor- en stikstofbron voor MP-productie. Struviet, een herwinningsproduct in de afvalwaterzuivering, bleek een hoge zuiverheidsgraad te hebben waardoor het een uitstekende selectieve barrière vormt tussen afvalstroom en MP productie. Oplossingssnelheden en MP groei-experimenten toonden aan dat struviet gemakkelijk gedoseerd kan worden in functie van de microbiële nutriëntenbehoeftes, waarnaast problemen vermeden worden gerelateerd aan de turbiditeit van nevenstromen, wat de productie van fototrofe MP mogelijk maakt. Daarnaast werd ook directe nutriëntenherwinning onderzocht. Hierbij werden de voedingswaarde en veiligheid geanalyseerd van biomassa bestaande uit aerobe heterotrofe bacteriën (AHB) afkomstig van effluentzuivering van 25 bedrijven in de voedings- en drankensector. Verder werd ook de temporele variabiliteit in kaart gebracht. Er werd een veelbelovend eiwitgehalte geobserveerd waarvan de variabiliteit aanzienlijke was. Verder werd aangetoond dat het eiwitgehalte positief gecorreleerd was met stikstofbelasting en negatief met slibverblijftijd, wat een indicatie is dat de implementatie van een geoptimaliseerd productieproces, de biomassakwaliteit gevoelig kan verhogen. Bovendien was de veiligheid als veevoeder gegarandeerd op vlak van de meeste contaminanten. In het daarop volgende hoofdstuk werd de variabiliteit in voedingswaarde en veiligheid bestudeerd van commerciële fototrofe MP (de microalgen Chlorella en Spirulina), gekweekt op primaire grondstoffen. De waargenomen variabiliteit in voedingswaarde vereist verdere optimalisatie van het productieproces. Er werd ook waargenomen dat een hoog eiwitgehalte geen hoge totale voedingswaarde impliceert, omdat de verteerbaarheid en de eiwitkwaliteit nog steeds ongunstig kunnen zijn. Op basis van gemeten contaminanten geeft een veilige consumptiedosis aan dat microalgen perfect kunnen worden geconsumeerd als volwaardige eiwitbron in plaats van als supplement, hun huidige hoofdtoepassing. In een laatste experimenteel hoofdstuk werd onderzocht hoe de variabiliteit in biomassakwaliteit van microalgen kan worden gereduceerd en hoe een stabiele, hoogwaardige biomassaproductie kan worden bekomen. De invloed van oogsttijd, operationele modus en fotoperiode werd bepaald op de productiviteit van biomassa, eiwit en essentiële aminozuren en er werden optimale productieparameters geïdentificeerd. Samengevat is MP-productie op basis van indirecte en directe nutriëntenherwinning veelbelovend. Verdere technologische ontwikkelingen en het verhogen van bewustwording en sociale acceptatie, moeten een verdere introductie van MP in de voeder- en voedingsmarkt faciliteren. Hier kan MP een belangrijke oplossing vertegenwoordigen om de exponentieel groeiende wereldbevolking op een duurzame manier te voeden.

Abstract: This study presents novel sulfolane based non-aqueous CO2 capture solvents, as an alternative solution for capturing CO2 from industrial processes. In order to select the most promising amine system, five different amines were tested by monitoring CO2 absorption and desorption processes using the time-base Attenuated Total Reflectance-Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) spectroscopy. During absorption experiments, we observed the formation of Monomethyl Carbonate (MMC) in diisopropylamine (DIPA) and 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) systems, while carbamate was observed as the main product for the other three amine systems tested. In regeneration experiments, the MMC could be desorbed relatively easily from the amine solution at a mild temperature.

Abstract: ​In this thesis, microalga Dunaliella salina is highlighted as a novel source of protein to sustain the human needs. As demonstrated in this thesis, the biochemical composition of D. salina is not fixed, and can be substantially influenced by internal and external conditions. In order to comply with the human requirement of protein, various important factors affecting the protein quantity and quality of D. salina have been evaluated in this thesis for an optimized production strategy. All tested parameters, namely salinity, pH, light regimes (continuous light and light/dark cycle), light intensity, nutrient levels and growth phases can contribute to significant variations of protein content and essential amino acid (EAA) level in D. salina. Ultimately, D. salina is capable of producing high amount of superior quality protein, complying with the FAO reference for human consumption. Even better, such protein of superior quality can be accompanied by unique β-carotene accumulation in D. salina, a pigment with anti-oxidant pro-vitamin A effect. In the end, according to the techno-economic analysis (TEA), it is economically feasible to produce D. salina biomass for human nutrition.

Abstract: In this work, a nonlinear dispersive multiphysic model based on Maxwell and asymptotic Smoluchowsky equations has been developed to analyze the electroporation phenomenon induced by pulsed electric field on biological cells. The irregular plasma membrane geometry has been modeled by incorporating in the numerical algorithm the Gielis superformula as well as the dielectric dispersion of the plasma membrane has been modeled using the multi-relaxation Debye-based relationship. The study has been carried out with the aim to compare our model implementing a thin plasma membrane with the simplified model in which the plasma membrane is modeled as a distributed impedance boundary condition. The numerical analysis has been performed exposing the cell to external electric pulses having rectangular shapes. By an inspection of the obtained results, significant differences can be highlighted between the two models confirming the need to incorporate the effective thin membrane into the numerical algorithm to well predict the cell response to the pulsed electric fields in terms of transmembrane voltages and pore densities, especially when the cell is exposed to external nanosecond pulses.