Research Article

Influence of light intensity and photoperiod on energy efficiency of biomass and pigment production of Spirulina (Arthrospira platensis)^☆

Influence de l’intensité lumineuse et de la photopériode sur l’efficacité énergétique de la biomasse et la production de pigments de Spiruline (Arthrospira platensis)

¹ LAboratoire PLAsma et Conversion d’Energie (LAPLACE), UPS, Université de Toulouse, 118 route de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex 9, France
² Laboratoire de Physique Fondamentale et Appliquée (LPFA), Université Nangui Abrogoua, 02 BP 801, Abidjan 02, Côte d’Ivoire
³ Biosentec, 48 Chemin des Palanques Sud, 31120 Portet-sur-Garonne, France

^* Correspondence: niangoran@laplace.univ-tlse.fr; urbain_niangoran@yahoo.fr

Received: 30 March 2021
Accepted: 21 June 2021

Abstract

Biomass and photosynthetic pigments production of cyanobacteria, in particular Spirulina (Arthrospira platensis), depend on light intensity. Production cost of Spirulina cultivation in photobioreactor illuminated with LED is strongly related to light cost. This work is aimed to evaluate the effects of light intensity and photoperiod on the energy efficiency of biomass and pigment production of Spirulina platensis UTEX 1926. Cultures illuminated with white light-emitting diodes (LED) were carried out in batch mode cultivation. Three lighting scenarios with different light intensities were tested: two with a constant light intensity at 80 and 160 μmol · m⁻² · s⁻¹ and one with modulated light intensity. Concerning photoperiod, three cycles of light:dark (h:h) (24:00, 20:04 and 16:08) were studied under light intensity at 160 μmol · m⁻² · s⁻¹. Concerning Spirulina biomass and pigment production (phycocyanin, chlorophyll and carotenoids), it is found that the lower intensity tested allows a substantial increase of the process energy efficiency. Concerning the influence of the photoperiod, it has been found that the longer the off time is (up to 08 h 00 a day), the higher is the energy efficiency for Spirulina biomass as well as for pigmentary production.

Résumé

La production de biomasse et de pigments photosynthétiques à partir des cyanobactéries, en particulier la Spiruline, dépend de l’intensité lumineuse. Le coût de production de la culture de la Spiruline dans un photobioréacteur éclairé par des LED est fortement lié au coût de la lumière. Ce travail vise à évaluer les effets de l’intensité de la lumière et de la photopériode sur l’efficacité énergétique de la biomasse et de la production de pigments de Spiruline platensis. Les cultures éclairées avec des diodes électroluminescentes blanches (LED) ont été réalisées en mode batch. Trois scénarios d’éclairage avec des intensités lumineuses différentes ont été testés : deux avec une intensité lumineuse constante à 80 et 160 μmol · m^−2 · s⁻¹ et un avec une intensité lumineuse modulée. Concernant la photopériode, trois cycles de lumière : obscurité (h:h) (24:00, 20:04 et 16:08) ont été étudiés sous une intensité lumineuse à 160 μmol · m⁻² · s⁻¹. Concernant la biomasse de Spiruline et la production de pigments (phycocyanine, chlorophylle et caroténoïdes), on constate que la plus faible intensité lumineuse testée permet d’augmenter considérablement l’efficacité énergétique du procédé. Concernant l’influence de la photopériode, il a été constaté que plus le temps de non-éclairage est long (jusqu’à 08 h 00 par jour), plus l’efficacité énergétique est élevée pour la biomasse de Spiruline ainsi que pour la production de pigments.