Review of Study Report : Smart IoT-Based Microalgae Cultivation System

GSF › Forums › Blue Carbon Forum › Review of Study Report : Smart IoT-Based Microalgae Cultivation System

  • This topic is empty.
Viewing 1 post (of 1 total)
  • Author
    Posts
  • 2025-07-23 at 10:44 am #2828
    Do Kyong Kim
    Keymaster

    Study Summary

    Title: Smart IoT-Based Microalgae Cultivation System
    Researcher: Doan Duy Duc (Faculty of Electrical and Electronic Engineering, Ton Duc Thang University – Student ID: 421H0060)
    Academic Supervisor: M.Sc. Thieu Quang Tri
    Technical Advisor: Kim Do Kyong (GSF-based APE Expert / International Cooperation Coordinator, CWCA)
    Cooperation Partners: VINABS, CWCA, GSF, CTCN

    Attachment(Study Report)  : 2024-2025_Doan Duy Duc_421H0060

    1. Objective

    • Design and implementation of a smart IoT-based, AI-assisted microalgae cultivation system

    • Real-time monitoring and environmental control through sensors and image data

    • Develop a baseline model for carbon absorption estimation (Blue Carbon)

    • Establish groundwork for collaborative pilot project with VINABS and CWCA

    2. Technical Overview (Based on the Attached Report)

    (1) System Architecture

    Component Description
    Controllers ESP32-S3 (sensor interface), Raspberry Pi 4 (AI processing)
    Sensors pH, TDS, Temperature (DO-S20, Gravity TDS)
    Communication UART, MQTT, RS485
    Image Processing YOLOv5 object detection (bubble detection, density estimation)
    Actuators Air pump, nutrient pump, 3000K LED lighting
    Software Node-RED dashboard, InfluxDB, Telegram alerts
    Tank Setup Indoor 200L tank, scalable to 1m³ capacity

    (2) Functional Highlights

    • Real-time monitoring of water quality

    • Video-based analysis for growth status and harvesting decision support

    • Automated nutrient and air injection based on threshold values

    • Carbon sequestration estimation and productivity forecasting

    3. Productivity and Baseline Data

    Indicator Value
    Biomass per cycle ~5 kg (wet weight)
    Dry yield per cycle ~1 kg
    CO₂ absorption potential ~1.8 kg CO₂ / 1 kg dry algae
    Market value 2,500,000 VND / kg (dry product)
    Annual CO₂ capture (est.) 90–126 kg CO₂ / m³

    4. Collaboration with VINABS & Link to GSF-CTCN PPP

    ▸ Integration with GSF–CTCN Blue Carbon Platform

    ▸ Partnership with VINABS

    As a follow-up to the VINABS–CWCA MOU, this project proposes:

    Phase Timeline Key Activities
    Phase 1 2025 Q3 Site selection with VINABS, MOU finalization with CWCA–VINABS–TDTU
    Phase 2 2025 Q4 Joint IMTA+IoT pilot design; application of Nha Trang–Yeosu case model
    Phase 3 2026 Q1–Q3 Field testing: carbon capture monitoring, AI-based yield optimization
    Phase 4 2026 Q4–2027 Blue Carbon verification and preparation for Plan Vivo or voluntary carbon registry certification

    ▸ Inspired by Nha Trang–Yeosu Municipal Partnership

    • Model for city-level Blue Carbon cooperation and coastal ecosystem governance

    • Strategic expansion of VINABS regional pilot network

    5. Anticipated Outcomes

    • Technological: Functional integration of sensor, control, and image-based AI

    • Environmental: Contribution to sustainable aquaculture and coastal Blue Carbon

    • Economic: Carbon credit monetization potential + high-value algae products

    • Policy: Model for PPP-based Blue Carbon projects at local government level

    6. Next Steps

    • Formalize MOU between TDTU, CWCA, and VINABS

    • Submit pilot proposal under GSF platform aligned with IMTA and AI applications

    • Develop a standardized carbon accounting methodology

    • Conduct field demonstration and joint workshops with Vietnamese stakeholders

    Prepared by: Doan Duy Duc
    Technical Guidance: Kim Do Kyong – GSF-based APE Expert / CWCA International Cooperation Coordinator
    Reference Links:

    Báo cáo tóm tắt nghiên cứu

    Tên đề tài: Hệ thống nuôi vi tảo thông minh dựa trên IoT
    Sinh viên: Doan Duy Duc (Khoa Điện – Điện tử, Đại học Tôn Đức Thắng – MSSV: 421H0060)
    Giáo viên hướng dẫn: ThS. Thieu Quang Tri
    Cố vấn kỹ thuật: Ông Kim Do Kyong (Chuyên gia APE thuộc GSF / Điều phối viên Hợp tác Quốc tế – CWCA)
    Đối tác phối hợp: VINABS, CWCA, GSF, CTCN

    1. Mục tiêu

    • Thiết kế và triển khai hệ thống nuôi vi tảo tự động dựa trên IoT kết hợp AI

    • Giám sát môi trường theo thời gian thực thông qua cảm biến và xử lý hình ảnh

    • Xây dựng mô hình cơ sở để ước tính hấp thụ CO₂ (Blue Carbon)

    • Làm nền tảng cho dự án thí điểm hợp tác cùng VINABS và CWCA

    2. Tổng quan kỹ thuật (từ tài liệu đính kèm)

    (1) Cấu trúc hệ thống

    Thành phần Mô tả
    Bộ điều khiển ESP32-S3 (cảm biến), Raspberry Pi 4 (xử lý AI)
    Cảm biến pH, TDS, Nhiệt độ (DO-S20, Gravity TDS)
    Giao tiếp UART, MQTT, RS485
    Xử lý hình ảnh Mô hình YOLOv5 (phát hiện bong bóng, mật độ tảo)
    Thiết bị chấp hành Máy bơm khí, máy bơm dinh dưỡng, đèn LED 3000K
    Phần mềm Node-RED, InfluxDB, thông báo qua Telegram
    Bể nuôi 200L trong nhà, mở rộng đến quy mô 1m³

    (2) Chức năng chính

    • Giám sát chất lượng nước theo thời gian thực

    • Phân tích hình ảnh để xác định trạng thái sinh trưởng, hỗ trợ ra quyết định thu hoạch

    • Bổ sung dinh dưỡng và khí tự động theo ngưỡng điều kiện

    • Dự đoán năng suất và lượng CO₂ hấp thụ

    3. Chỉ số sản xuất và môi trường

    Chỉ số Giá trị
    Sản lượng sinh khối/mỗi chu kỳ ~5 kg (tươi)
    Sản lượng khô ~1 kg
    Khả năng hấp thụ CO₂ ~1.8 kg CO₂ / 1 kg vi tảo khô
    Giá bán 2.500.000 VND/kg (dạng khô)
    Hấp thụ CO₂ hàng năm (ước tính) 90–126 kg CO₂ / 1m³

    4. Kế hoạch hợp tác với VINABS & liên kết PPP GSF–CTCN

    ▸ Tích hợp với nền tảng Blue Carbon của GSF–CTCN

    ▸ Hợp tác với VINABS

    Dựa trên Biên bản ghi nhớ giữa VINABS và CWCA, kế hoạch bao gồm:

    Giai đoạn Thời gian Hoạt động chính
    Giai đoạn 1 Quý III 2025 Lựa chọn điểm thử nghiệm tại VINABS, ký MOU với CWCA – VINABS – TDTU
    Giai đoạn 2 Quý IV 2025 Thiết kế mô hình thí điểm kết hợp IMTA + IoT; áp dụng mô hình Nha Trang–Yeosu
    Giai đoạn 3 Quý I–III 2026 Lắp đặt thiết bị, kiểm tra hấp thụ CO₂, tối ưu hóa bằng AI
    Giai đoạn 4 Quý IV 2026–2027 Phân tích dữ liệu và chuẩn bị cho chứng nhận tín chỉ carbon (Plan Vivo hoặc tương đương)

    ▸ Tham khảo mô hình Hợp tác Nha Trang–Yeosu

    • Mô hình hợp tác giữa chính quyền địa phương trong lĩnh vực Blue Carbon ven biển

    • Mở rộng mạng lưới thử nghiệm VINABS theo hướng đối tác liên vùng

    5. Kết quả mong đợi

    • Công nghệ: Tích hợp hệ thống cảm biến – AI – điều khiển – hình ảnh

    • Sinh thái: Góp phần vào phục hồi sinh thái, hấp thụ carbon tự nhiên

    • Kinh tế: Tạo sản phẩm giá trị cao và tiềm năng tín chỉ carbon

    • Chính sách: Làm mẫu cho hợp tác công – tư (PPP) tại cấp địa phương

    6. Kế hoạch tiếp theo

    • Chính thức hóa MOU giữa TDTU – CWCA – VINABS

    • Đệ trình đề xuất thí điểm tích hợp IMTA + AI trên nền tảng GSF

    • Phát triển phương pháp định lượng hấp thụ CO₂

    • Tổ chức hội thảo, trình diễn công nghệ tại địa phương

    Người soạn: Doan Duy Duc
    Cố vấn kỹ thuật: Kim Do Kyong – Chuyên gia APE thuộc GSF / Điều phối viên Hợp tác Quốc tế – CWCA
    Liên kết tham khảo:

     

    스터디 요약서

    제목: Smart IoT 기반 미세조류 배양 시스템
    학생: Doan Duy Duc (톤득탕대학교 전기전자공학부, 421H0060)
    지도교수: Thieu Quang Tri 석사
    기술 지도: 김도경 (GSF 기반 APE 전문가 / CWCA 국제협력 코디네이터)
    협력 기관: VINABS, CWCA, GSF

    1. 스터디 목적

    • 스마트 IoT 및 AI 기반의 자동 미세조류 배양 시스템 구축

    • 실시간 센서 및 영상 데이터 수집을 통한 환경 제어 자동화

    • 탄소 흡수량 기반 Blue Carbon 산정 모델 개발

    • VINABS 및 CWCA와 연계한 실증 사업화 기반 마련

    2. 기술 개요 (첨부 보고서 반영)

    (1) 시스템 구성

    구성 요소 상세 내용
    제어장치 ESP32-S3 (센서 수집), Raspberry Pi 4 (딥러닝 처리)
    센서 pH, TDS, 온도 센서 (DO-S20, Gravity TDS)
    통신 UART, MQTT, RS485
    영상 인식 YOLOv5 기반 딥러닝 객체 인식 (거품, 조류 상태 감지)
    구동기기 공기 펌프, 영양 펌프, 조명 LED (3000K)
    데이터 처리 Node-RED 대시보드, InfluxDB 저장, Telegram 알림
    배양 용량 실내 200L 탱크 기준, 1m³ 확장 가능 구조

    (2) 기능 요약

    • 수조 내 환경 실시간 모니터링 (pH, TDS, 온도 등)

    • 영상 기반 조류 상태 자동 분석 → 수확 시점 예측

    • 원격 제어 기반 양액 및 공기 주입 자동화

    • 탄소 고정량 추정 및 생산성 예측 모델 개발 가능

    3. 생산성 및 기초 지표

    항목 수치
    1회 생체 수확량 약 5kg (습중량 기준)
    건조 수확량 약 1kg
    CO₂ 고정 능력 약 1.8kg CO₂ / 1kg 건조물
    시장 단가 약 2,500,000 VND / kg (건조 기준)
    예상 연간 흡수량 약 90~126kg CO₂ / 1m³ 기준

    4. VINABS 협력 계획 및 GSF PPP 연계

    ▸ GSF-CTCN PPP 기반 Blue Carbon 플랫폼 기획 참여

    ▸ VINABS와의 실증 시범 프로젝트 추진 계획

    • Phase 1 (2025 Q3): VINABS 테스트베드 선정, MOU 체결

    • Phase 2 (2025 Q4): IMTA 연계 조류배양 모델 공동 설계

    • Phase 3 (2026): 장비 설치, 센서–AI 기반 생산성 검증

    • Phase 4 (2026~27): 탄소흡수량 데이터화, 크레딧 인증 추진

    ▸ Nha Trang–Yeosu 도시 간 협력 사례 반영

    • 블루카본 기반 지방정부 간 연안 생태협력 사례

    • VINABS 및 지역 행정기관 협력 확장 기반 제시

    5. 기대 효과

    • 기술적: 센서+AI 기반 정밀 수질/환경 제어 및 영상 수확 예측

    • 생태적: Blue Carbon 모델 기반 해양·내륙 수계 탄소흡수 실현

    • 산업적: 생산성 증가, 탄소크레딧 경제성 확보

    • 정책적: 지방정부 연계 협력모델 수립, PPP 형태 확산 가능성

    6. 후속 계획

    • VINABS, CWCA, TDTU 간 MOU 체결 추진

    • IMTA 블루카본 기술 제안서 작성 및 GSF 플랫폼 등록

    • 탄소흡수 정량화 모델 → Plan Vivo 등 국제 인증 도전

    • 연계 기관 대상 현장 설명회 및 기술 시연 추진

    작성자: Doan Duy Duc
    기술 지도: 김도경 – GSF 기반 APE 전문가 / CWCA 국제협력 코디네이터
    참고 링크:

    Attachments:
    You must be logged in to view attached files.
  • Author
    Posts
Viewing 1 post (of 1 total)
  • You must be logged in to reply to this topic.