KR101360795B1 - 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치, 및 상기 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설 - Google Patents
미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치, 및 상기 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설 Download PDFInfo
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Abstract
미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치에 대해서 개시한다.
상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치는, 통 형상의 몸체와 상기 몸체를 폐쇄하는 뚜껑으로 이루어지는 미세 조류 배양 용기; 상기 미세 조류 배양 용기가 하나 이상 삽입되어 수직으로 유지되는 베이스 플레이트; 및 상기 미세 조류 배양 용기의 상단에 설치되고, 상기 미세 조류 배양 용기 내에서 증발된 배양액을 응결시켜 회수하기 위한 냉각관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설로부터 얻어지는 미세 조류로부터 생산되는 바이오 연료를 제공할 수 있다.
상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치는, 통 형상의 몸체와 상기 몸체를 폐쇄하는 뚜껑으로 이루어지는 미세 조류 배양 용기; 상기 미세 조류 배양 용기가 하나 이상 삽입되어 수직으로 유지되는 베이스 플레이트; 및 상기 미세 조류 배양 용기의 상단에 설치되고, 상기 미세 조류 배양 용기 내에서 증발된 배양액을 응결시켜 회수하기 위한 냉각관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설로부터 얻어지는 미세 조류로부터 생산되는 바이오 연료를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치, 상기 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설, 및 미세 조류로부터 생산되는 바이오 연료에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 미세 조류를 배양하기에 적합한 수온 조건을 구비한 지역의 수면상에 부유식으로 설치되어 인위적인 통기(aeration)나 교반없이도 파도 및 대류 현상을 이용하여 배양액을 자연 대류시키며, 특히 온도 조절 장치를 설치하지 않고도 따뜻한 수온을 직접 이용하여 미세 조류를 성장 배양시키기 위한 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치, 상기 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설, 및 상기 미세 조류 배양 시설로부터 획득한 미세 조류에 의해 생산되는 바이오 연료에 관한 것이다.
18 세기 산업 혁명 이후 고도의 산업화로 인해 화석 연료 사용량이 급격하게 증가하였다.
따라서, 화석 연료의 연소를 통해 발생하는 CO2가 지속적으로 배출되고 있으며, 계속 증가하고 있기 때문에 지구 온난화 역시 점차 가속화되고 있다.
이러한 이유로 화석 연료를 대체할 수 있는 지속 가능하고 친환경적인 대체 에너지의 기술 개발이 요청되고 있다.
여러 가지 대체 에너지 후보 중 최근 각광받고 있는 후보가 바로 제 3 세대 바이오 매스인 해양 미세 조류를 이용한 바이오 에너지 기술이다.
종래, 대체 에너지원으로서의 제 1 세대 바이오 매스는 바이오 에탄올이나 바이오 디젤과 같은 바이오 연료(biofuel)을 얻기 위해서 곡물이나 식물유를 이용하고 있었다.
그러나, 이들 제 1 세대 바이오 매스는 식량으로서의 곡물 자원을 사용하고 있었기 때문에 인구 증가에 따른 급격한 곡물 수요와 상충하는 문제점이 있었다.
이 때문에, 폐목재나 식물 등을 포함하는 목질계 바이오 매스로 이루어지는 제 2 세대 바이오 매스가 잠깐 주목을 받았다.
그러나, 제 2 세대 바이오 매스 역시 원료가 되는 폐목재나 식물 등을 무한정 구할 수 없다는 문제가 있었다.
더욱이, 제 2 세대 바이오 매스에서 폐목재 등을 이루는 리그린 성분을 전처리하는 공정에서의 에너지 비용이 증가하여 경제성이 떨어진다는 문제점까지 있었다.
이와 같이, 제 1 세대 바이오 매스와 제 2 세대 바이오 매스에서 나타낸 여러 가지 문제점을 해결하기 위한 수요가 있었다.
현재는, 전세계적으로 화석 연료를 대체할 수 있는 차세대 대체 에너지원으로는 제 3 세대 바이오 매스를 염두에 두고 있다.
여기에서, 제 3 세대 바이오 매스는 담수 또는 해수에서 성장할 수 있는 조류를 의미한다.
현재로서는 상기 제 3 세대 바이오 매스를 구성하는 조류는 화석 연료를 대체할 수 있는 유력한 에너지 후보이다.
특히, 조류 중에서 거대 조류인 김, 다시마 등은 셀룰로오스 성분을 많이 함유하고 있어 바이오 연료로의 전환이 용이하다는 장점이 있다.
더군다나, 상술한 제 2 세대 목질계 바이오 매스와 달리 리그닌 성분이 없기 때문에 전처리 공정이 필요하지 않으므로 더욱 양호한 경제성을 확보할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
한편, 조류 중에서, 특히, 미세 조류는 생장 속도가 빠르고, 지질 성분을 다량 함유하고 있어 바이오 연료를 생산할 수 있는 유력한 후보로 관심을 끌고 있다.
더욱이, 미세조류는 육상의 식물과 마찬가지로 엽록체를 가지고 있기 때문에 대기 중의 CO2를 흡수하여 산소(O2)를 생산하는 광합성 생물체라는 특징이 있다.
따라서, 미세 조류는 지구 온난화의 원인 물질인 CO2를 고정할 수 있기 때문에 나날이 심각해지고 있는 지구 온난화를 감소시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다.
또한, 이들 해양 미세 조류는 3 대 영양소인 탄수화물, 지방, 단백질 뿐만 아니라 미네랄 및 각종 비타민도 포함하고 있다.
특히, 미세 조류 중에서 특정 규조류, 남조류는 지질 함량이 높은 것(30 % 이상)으로 알려져 있다.
이들 지방 함량이 높은 미세 조류들은 바이오 연료 생산에 있어서 지속 가능한 에너지 공급원으로 주목받고 있으며, 지질 뿐만 아니라 다량의 탄수화물도 포함하고 있기 때문에 이를 이용한 바이오 연료, 구체적으로 바이오 에탄올의 생산에도 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
한편, 일반적으로 미세 조류 배양을 위하여 설치되는 온실(green house)은 햇볕이 강하고, 기온이 높은 열대 지역에서 적용하기는 매우 곤란하다.
또한, 지면이 한정되어 있는 대한민국과 같은 작은 나라의 경우에도 미세 조류를 배양하기 위한 대규모의 육상 배양 시설을 설치하는 것 역시 경제적으로 바람직하지 않다.
한편, 대한민국은 국토의 3 면이 모두 바다로 둘러싸여 있어 해양 미세 조류의 배양에 유리한 조건을 갖추고 있으며, 이와 같은 유리한 조건을 바탕으로 하여 효율적인 해양 미세 조류의 배양 방법을 개발하고, 그 배양 체계가 확립된다면 제 3 세대 바이오 매스의 생산과 관련하여 국가 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
특히, 해양 미세 조류는 기존의 제 1 세대 및 제 2 세대 바이오 매스와는 달리 생육 속도가 빨라 1 개월에 2 ~ 3 회 수확이 가능하다는 장점이 있어 제 2 세대 바이오 매스와는 달리 바이오 매스가 고갈될 문제의 발생 소지가 없으며, 따라서 제 1 및 제 2 세대 바이오 매스에서 피할 수 없었던 바이오 매스의 수급 곤란 문제를 해소할 수 있다.
또한 광대한 바다를 이용하여 대량으로 해양 미세 조류를 배양할 수 있다는 장점과 더불어 지구 온난화의 주범으로 알려진 대기 중의 CO2의 저감 효과까지도 기대할 수 있어, 바이오 매스를 대량으로 생산함과 동시에 대기 중의 CO2의 감소 효과까지도 기대할 수 있다.
현재까지, 전세계에서 상업적으로 생산되고 있는 미세 조류는 스피룰리나(Spirulina sp.), 헤마토코커스(Haematococcus sp.), 및 클로렐라(Chlorella sp.) 등이 있으며, 상업적으로 생산되는 이들 미세 조류의 건조체의 생산량은 약 5 천 톤에서 1 만 톤 정도의 범위로 알려져 있다.
이들 미세 조류는 주로 고부가가치, 식품 첨가용 또는 건강 보조 제품들의 용도로 생산되고 있으며, 이들 미세 조류를 이용한 바이오 연료 생산의 상용화는 연구 중인 상태이다.
위에서 설명한 상업용 미세 조류들은 태양광을 직접 사용할 수 있다는 장점과 저렴한 건조 비용을 고려하여 대부분 개방형 배양 시스템(open raceway system, ORS)에서 생산되어 판매되고 있다.
상기 개방형 배양 시스템에 대해서는 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은, 종래 기술에 따른 개방형 미세 조류 배양용 배양기의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 1에 따르면, 배양 시스템(10)은, 수조(12, 또는 배양조)와 상기 수조(12) 내에서 지그 재그 형상으로 형성된 배양 관찰로(14)를 포함하고 있다.
도 1에서 미세 조류 배양액은 정지한 상태에서는 성분이 변질되거나, 높은 농도로 바닥에 쌓여 미세조류의 성장을 저해 할 가능성이 높기 때문에 상기 배양 관찰로(14) 사이에 형성되는 유로(16) 내에서 흐름(18) 및 흐름(19)을 따라서 유동하는 것이 바람직하다.
도 1에 나타낸 배양 시스템(10)은, 도시한 바와 같이, 상부가 개방된 형태이기 때문에 외부로부터의 이물질, 즉 생물 오염원의 침입, 특히 바람직하지 않은 미세 조류의 침입 등에 취약하다는 단점이 있다.
따라서, 최근의 미세 조류 배양 시스템은 폐쇄형 미세 조류 배양 시스템을 채택하고 있다.
도 2는, 종래 기술에 따른 폐쇄형 미세 조류 배양용 배양기의 다른 일례를 나타낸 단면도이다.
도 2에 따르면, 폐쇄형 배양 시스템(20)은 하나 이상의 배양 용기(22)를 포함하고 있다.
상기 배양 용기(22)는 적어도 일측에 형성된 배양액 투입구(24)와, 배양액 내에서의 미세 조류가 배양되어 생성되는 산소나 최종적인 미세 조류를 수확하기 위한 배출구(26)를 포함하고 있다.
도 2에서, 상기 투입구(24)와 배출구(26)에서의 물질 이동에 대해서는 화살표(→)로 강조하였으며, 상기 물질의 투입에 대해서는 in으로, 배출에 대해서는 out으로 나타내었다.
도 2에서 상기 배양 용기(22)는 그 상부를 지지하는 홀더(27)와, 필요하다면, 그 하부를 지지하는 홀더(28)의 구성을 더 포함할 수 있다.
도 2에서, 필요에 따라서, 배양액을 교반하기 위한 교반기의 구성을 더 설치할 수 있으며, 교반기에 의한 교반에 대해서는 도면 부호 29의 화살표로 나타내었다.
도 2에 나타낸 폐쇄형 배양 용기(22)는 외부의 이물질(생물 오염원)의 침입으로부터 안전하다는 장점이 있기 때문에 이와 같은 폐쇄형 배양 시스템이 널리 채택되고 있다.
대부분의 상업용 미세 조류 생산 시스템은 이 시스템을 구현한 주체의 특성에 맞게 개방형 배양 시스템 또는 폐쇄형 배양 시스템(photobioreactor and/or fermentor, PBRF)을 선택적으로 채택하여 운용하고 있다.
이들 두 시스템은 각각 장점과 단점이 있다.
폐쇄형 배양 시스템은, 개방형 배양 시스템과 비교하여 초기 설치 비용이 훨씬 많이 들지만 실제적인 상업적 생산 능력은 개방형 배양 시스템의 경우보다 더 높다.
다만, 아직까지는 종래의 미세 조류 배양 시스템의 경우, 기존 제 1 세대 및 제 2 세대 바이오 매스와 대비하였을 때, 피할 수 없는 생산 단가의 차이 때문에, 제 3 세대 바이오 매스는 상업성 및 산업화로의 실행이 용이하지 못하였다.
즉, 폐쇄형 배양 시스템의 경우, 초기 비용 및 운영 비용을 저감하기 위한 기술적 장벽이 있다고 볼 수 있다.
따라서, 미세 조류를 이용하여 바이오 연료를 생산하기 위해서, 새로운 구조를 갖는 저렴한 배양기 또는 배양 장치를 개발할 필요가 있었다.
선행기술문헌에 속하는 특허문헌 1은, 45 - 60 ℃에 달하는 원자력 발전 방출수를 미세 조류의 생육 적온인 30 ℃까지 단계적으로 낮추면서 이 온수에 필수 생육 영양소만 첨가하여 단계적으로 해양 미세 조류를 배지에 적응시키는 과정을 거쳐 해양 미세 조류를 대량 배양하는 방법에 대해서 개시하고 있다.
따라서, 본 발명은, 장소가 협소한 육상이 아니라, 사실상의 공간적 제약이 제거된 담수 또는 해수에 직접 배양기 또는 배양 장치를 부상시킨 채로 미세 조류를 배양할 수 있는 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 포함하는 상기 미세 조류 배양 시설로부터 얻어지는 미세 조류로부터 생산되는 바이오 연료를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 바이오 연료를 경제적으로 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치는, 통 형상의 몸체와 상기 몸체를 폐쇄하는 뚜껑으로 이루어지는 미세 조류 배양 용기; 상기 미세 조류 배양 용기가 하나 이상 삽입되어 수직으로 유지되는 베이스 플레이트; 및 상기 미세 조류 배양 용기의 상단에 설치되고, 상기 미세 조류 배양 용기 내에서 증발된 배양액을 응결시켜 회수하기 위한 냉각관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 베이스 플레이트는, 부력을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 미세 조류 배양 용기는, 햇빛이 투과될 수 있도록 투명한 것이 바람직하다.
또한, 상기 베이스 플레이트의 하부에는, 무게 중심 유지를 위한 부력 보상재가 더 설치되어 있을 수 있다.
또한, 상기 뚜껑에는, 온도 센서, 염분 센서, pH 센서, 산소 센서, 또는 이산화탄소 센서 중의 하나 이상의 센서가 더 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 뚜껑에는, 상기 미세 조류의 배양을 위한 이산화탄소 및 배양액 주입 밸브, 및 상기 미세 조류가 생성한 산소를 포집하기 위한 산소 포집 밸브가 더 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각관은, 상기 미세 조류 배양 용기의 상단을 1 회전 이상 회전하면서 감겨 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 부력 보상재는, 담수 또는 해수의 밀도 보다 밀도가 낮은 것이 바람직하다.
또한, 상기 부력 보상재는, 안정적인 부상을 위해서 역삼각형의 형상으로 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 냉각관의 입구측으로 담수 또는 해수가 유입되어, 상기 냉각관의 출구측으로 상기 담수 또는 상기 해수가 배출되는 것이 특히 바람직하다.
여기에서, 상기 담수 또는 상기 해수의 유입 및 배출은, 순환 펌프에 의해서 수행될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상술한 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설이 제공될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상술한 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설로부터 얻어지는 미세 조류에 의해 생산되는 바이오 연료가 더 제공될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 일부 과장되어 기술되어 있을 수도 있음을 알아야 한다.
본 발명에 따르면, 장소의 제약이 없는 담수면 또는 해수면에서 대량으로 미세 조류를 배양할 수 있으며, 배양액의 강제 순환이 필요하지 않으므로 소요되는 에너지 역시 감소되며, 따라서 경제적으로 미세 조류를 배양할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 미세 조류로부터 저렴하게 바이오 연료를 얻을 수 있다.
도 1은, 종래 기술에 따른 개방형 미세 조류 배양용 배양기의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2는, 종래 기술에 따른 폐쇄형 미세 조류 배양용 배양기의 다른 일례를 나타낸 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치의 평면도이다.
도 4는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치의 평면도이다.
도 5는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이루는 반응기 중의 하나의 평면도이다.
도 6은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이루는 반응기 중의 하나의 동작 개요를 나타내는 측단면도이다.
도 7은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이용하여 얻어지는 미세 조류의 실험 일수에 따른 바이오 매스의 수득율을 나타낸 그래프이다.
도 2는, 종래 기술에 따른 폐쇄형 미세 조류 배양용 배양기의 다른 일례를 나타낸 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치의 평면도이다.
도 4는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치의 평면도이다.
도 5는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이루는 반응기 중의 하나의 평면도이다.
도 6은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이루는 반응기 중의 하나의 동작 개요를 나타내는 측단면도이다.
도 7은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이용하여 얻어지는 미세 조류의 실험 일수에 따른 바이오 매스의 수득율을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치, 상기 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설, 및 미세 조류로부터 생산되는 바이오 연료에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 발명자들은, 상술한 바와 같이, 설치 장소의 협소와 에너지 낭비를 최소화하여 미세 조류를 배양 성장시킬 수 있는 방법을 모색하였다.
그 결과, 육상이 아니라 강이나 호수, 또는 해상에 부유식 미세 조류 배양 시설을 설치하여 미세 조류의 배양 실험을 진행한 결과, 육상에 설치된 안정된 환경의 실험실 배양보다 상대적으로 더 높은 수준의 미세 조류의 생육과 이에 따른 더욱 효과적인 바이오 매스 수득률을 보이는 것을 알아내었다.
따라서, 본 발명의 발명자들은, 표층 부유형 광생물 반응 장치의 구성을 이용하는 경우, 바이오 매스 수득률이 높으면서도 매우 경제적으로 미세 조류의 배양이 가능함을 확인하였다.
도 3은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치의 평면도이다.
도 3에 따르면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치는, 대략 원형으로 형성되는 베이스 플레이트(30)와, 상기 베이스 플레이트(30)에 형성한 다수의 미세 조류 배양 용기 삽입 홀에 삽입된 다수의 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)로 이루어져 있을 수 있다.
상기 베이스 플레이트(30)는 부력을 갖는 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 베이스 플레이트(30)는 담수 또는 해수의 밀도보다 낮아서 상시적으로 담수 또는 해수의 표층에 부유할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
도 3에서, 상기 베이스 플레이트(30)의 하부에 나타낸 A, B, C의 각 구획은 미세 조류 배양용 용기의 각 성장 단계를 나타내는 것으로, 구체적으로는 A는 미세 조류의 배양이 시작된 단계, B는 미세 조류의 배양이 어느 정도 진행된 단계, C는 미세 조류의 배양 및 성장이 거의 완료되어 수확할 수 있는 단계를 나타낸다.
도 3에서는, 도면의 좌측에서 우측으로 시간의 흐름을 나타내었으나, 도면의 우측에서 좌측으로, 또는 도면의 상측에서 하측으로, 또는 도면의 하측에서 상측으로 시간의 흐름을 나타내어도 무방하다.
상기 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)는 햇빛이 잘 투과될 수 있도록 투명하고 가벼운 재질이면 바람직하며, 또한 배양된 미세 조류가 쉽게 부착되지 않는 재질(예: PC, PET, 아크릴 재질 등)의 용기이면 더욱 바람직하다.
상기 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)는 가볍고, 내구성 및 내마모성이 강해야 하며, 상당한 양의 열이나 강한 햇볕 등에 변성이 없는 재질이면 특히 바람직하다.
또한, 상기 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)는 배양 용기 내에서의 대류 현상에 의한 자연 교반이 가능한 구조인 것이 바람직한데, 이에 대해서는 도 4에서 도면 부호 43으로 나타내었으며, 더욱 상세한 설명은 도 4의 구성을 설명하면서 후술하기로 한다.
다음으로, 도 4는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치의 평면도이다.
도 4에 나타낸 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40)는, 담수 또는 해수(41)의 표층 수면에 위치하는 베이스 플레이트(30), 상기 베이스 플레이트(30)에 형성된 다수의 미세 조류 배양 용기 삽입 홀(예를 들면, 도면 부호 44)에 삽입된 다수의 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)로 이루어져 있을 수 있다.
상기 다수의 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36) 내에는 미세 조류와 배양액이 혼합된 미세 조류 혼합체(45)가 충전되어 있는 것이 바람직하다.
도 4의 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40)를 이루는 상기 다수의 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)는, 도 3에서와 마찬가지로, 단계 A, B, 및 C의 단계로 분리되어 설치되어 있는 것이 바람직하다.
다르게는, 상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40)를 표층에 부유시킨 상태에서 회전시킴으로써, 상기 다수의 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36) 내의 모든 미세 조류의 배양 및 성장을 일정하게 유지하도록 할 수도 있다.
이 경우, 미세 조류의 수확 시기가 일정해질 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
이를 위해서, 상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40)를 회전시키기 위한 회전 모터(미도시)의 구성을 더 채택할 수도 있다.
상기 회전 모터의 회전을 위한 전력은, 상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40)의 일측면에 추가로 형성되는 태양 전지(미도시) 및 축전지(미도시)의 구성이 더 추가될 수 있다.
이때, 상기 태양 전지와 축전지는 상기 다수의 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)에 그림자가 생기지 않도록 배치되는 것이 더욱 바람직하다.
도 4에 따르면, 상기 다수의 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)는 뚜껑(46)을 더 포함할 수 있다.
상기 뚜껑(46)의 구성에 따르면, 상술한, 생물 오염원의 침입을 적극적으로 회피할 수 있다.
여기에서, 상기 뚜껑(46)에는, 온도 센서, 염분 센서, pH 센서, 산소 센서, 또는 이산화탄소 센서 중의 하나 이상의 센서가 더 설치되는 것이 바람직하다.
온도와 염분, pH, 산소량 또는 이산화탄소의 양은 미세 조류의 배양 성장에 있어서 매우 중요한 배양 성장 조절 인자가 될 수 있으므로, 이들 수치를 신속하게 파악하여, 미세 조류의 배양 성장 조건을 효과적으로 제어할 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 상기 뚜껑(46)에는, 상기 미세 조류의 배양을 위한 이산화탄소 및 배양액 주입 밸브(48), 및 상기 미세 조류가 생성한 산소를 포집하기 위한 산소 포집 밸브(47)가 더 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 이산화탄소 및 배양액 주입 밸브(48)는, 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36) 내의 미세 조류의 원활한 배양을 위한 이산화탄소 및 배양액을 주입하기 위한 밸브이다.
상술한 바와 같이, 미세 조류는 이산화탄소를 엽록체에 의해서 산소로 변환시키기 때문에 배양 및 성장에 있어서 이산화탄소의 공급은 필수적이다.
마찬가지로, 상기 미세 종류의 성장에 있어서, 배양 및 성장을 위한 배양액 역시 미세 조류의 원활한 배양 및 성장을 위해서 필수적임을 잘 알 것이다.
상술한 바와 같이, 미세 조류는 배양 및 성장을 통해서 산소를 배출하는데, 이 산소가 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36) 내에 잔존하게 되면, 미세 조류의 배양 및 성장에 악영향을 끼칠 수 있으므로, 상기 산소를 포집하여 배출하기 위한 산소 포집 밸브(47)가 더 설치되어 있는 것이 특히 바람직하다.
상기 이산화탄소 및 배양액 주입 밸브(48) 및 상기 산소 포집 밸브(47)에 대해서는 도 6을 참조하여 후술한다.
도 4에서, 상기 베이스 플레이트(30)의 하부에는, 상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40)의 전체적인 무게 중심 유지를 위한 중심추의 역할을 담당하는 부력 보상재(42)가 더 설치되는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 부력 보상재(42)는 상기 베이스 플레이트(30)에 직결되어 고정되는 것이 아니라, 상기 베이스 플레이트(30)에 고정되어 배치된 상기 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)의 하부에 밀착하여 고정 부착되어 있도록 설치되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 부력 보상재(42)는 상기 베이스 플레이트(30)에 고정된 상기 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36) 내의 미세 조류와 배양액이 혼합된 미세 조류 혼합체(45)가 담수 또는 해수의 온도 차이에 의한 자연 대류에 의한 교반(도 4에서 도면 부호 43 참조)이 가능하도록 배치될 수 있다.
상기 교반은 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40)가 담수 또는 해수의 표층에 위치하고, 더욱이 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)를 사용하고 있기 때문에, 통상적인 교반기의 사용은 현실적으로 곤란하기 때문에 담수 또는 해수의 온도 차이에 의한 자연 대류에 의해서 달성되도록 하는 것이 매우 바람직하다.
이 경우, 상대적으로 뜨거운 담수 또는 해수의 영향에 의해서 상향 흐름이 발생하고, 이의 연속적인 반응 결과, 상기 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36) 내에서 회전하는 흐름이 발생할 수 있다.
상기 상대적으로 뜨거운 담수 또는 해수는 연중 27 ~ 30 °C 범위로 유지되는 것이 바람직하며, 이를 위해서는 열대 지방인 것이 특히 바람직하다.
상기 상대적으로 뜨거운 담수 또는 해수 온도를 직접 이용하게 된다면, 미세 조류를 더욱 효과적으로 배양할 수 있다.
한편, 대기 온도가 29 ~ 35 °C 범위인 자연 환경에서 상기 미세 조류를 배양하기 위한 배양액의 과도한 증발을 차단시킬 수 있는 구성이 필요한데, 이에 대해서는 냉각관(54, 도 5 및 도 6 참조)의 구성을 참조하여 후술하기로 한다.
상기 상대적으로 뜨거운 담수 또는 해수를 얻기 위해서는, 열대 지방의 고온 표층수를 직접 이용하는 방법, 또는 일반적인 주변 수온보다 7 ~ 8 도 높은 온대 지방 또는 고위도 지방의 발전소로부터 배출되는 온배수를 이용할 수도 있다.
특히, 발전소로부터 배출되는 온배수를 이용하는 경우, 수온이 그리 높지 않다는 지리적인 불리함을 상당한 정도로 극복할 수 있으므로, 기존에는 미세 조류의 원활한 배양이 사실상 불가능하였던 온대 지방 또는 더 나아가 한대 지방에서도 이들 미세 조류를 연중 무휴로 배양할 수 있다는 점에서 추가적인 효과를 기대할 수 있다.
도 4에 도시한 흐름은 일례임을 알아야 한다.
즉, 상기 흐름은 다른 방향으로도 발생할 수 있으며, 상기 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36) 내에서 하나의 단일한 흐름이 아니라 분기된 흐름으로 나타날 수도 있다.
상기 미세 조류와 배양액이 혼합된 미세 조류 혼합체(45)의 자연 대류가 가능하도록 보장하기 위해서, 상기 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)는, 그 전체 높이의 적어도 일부가 담수 또는 해수(41)에 침잠되어 있는 것이 특히 바람직하다.
상기 침잠 깊이는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36) 높이의 절반 정도이면 바람직하다.
상기 부력 보상재(42)는, 상기 베이스 플레이트(30)와 마찬가지로, 담수 또는 해수의 밀도 보다 밀도가 낮은 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
다만, 이 경우, 상기 부력 보상재(42)의 담수 또는 해수와의 밀도 차이로 인한 부상력이 지나치게 과도한 경우, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40)를 전도 또는 전복시킬 우려가 있으므로, 상기 부력 보상재(42)와 상기 베이스 플레이트(30)의 밀도, 즉 부상력은 사전에 적절하게 고려하여 결정되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 부력 보상재(42)는, 상기 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)를 포함하는 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40)의 안정적인 부상을 위해서 역삼각형의 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 부력 보상재(42)를 포함하는 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40) 전체의 구성이 역삼각형 형상으로 형성되면 더욱 바람직하다.
다르게는, 상기 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)를 포함하는 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40)의 안정적인 부상을 위해서, 상기 부력 보상재(42)는, 상술한 역삼각형의 형상으로만 제한되는 것이 아니라 통상의 기술자라면, 원뿔꼴, 또는 단순한 직사각형의 형상으로 형성될 수도 있음은 잘 알 것이다.
도 4에서, 영역(X)은 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40)의 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36) 상부의 온도 조절 및 상술한 회전 모터의 회전을 위한 전력 공급 설비(예: 태양 전지 및 축전지, 미도시)의 구성이 더 추가될 수 있다.
이때, 상술한 바와 같이, 이들 추가된 설비는 상기 다수의 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)에 그림자가 생기지 않도록 배치되는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 5는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이루는 반응기 중의 하나의 평면도이다.
도 5에 따르면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이루는 반응기 중의 하나는, 미세 조류 배양 용기(52), 상기 미세 조류 배양 용기(52)의 상부에서 상기 미세 조류 배양 용기(52)를 폐쇄하는 뚜껑(46), 상기 뚜껑(46)에 형성된 이산화탄소 및 배양액 주입 밸브(48) 및 산소 포집 밸브(47)의 구성을 포함하고 있다.
상기 미세 조류 배양 용기(52)는, 도 3 및 도 4에 나타낸, 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)와 동일한 미세 조류 배양 용기이다.
도 5에 나타낸 상기 미세 조류 배양 용기(52)의 상단에는 상기 미세 조류 배양 용기(52) 내에서 증발된 배양액을 응결시켜 회수하기 위한 냉각관(54)이 설치되어 있다.
상기 냉각관(54)의 구성에 따르면, 미세 조류 배양 용기(52) 내의 배양액의 증발량이 최소화될 수 있다.
상기 냉각관(54)은, 원형으로 형성되어 있는 것이 바람직하며, 그 바람직한 단면 형상은 도 6에 나타내었다.
도 5로부터, 상기 냉각관(54)의 일측에는, 담수 또는 해수가 유입되는 유입구(56)가, 상기 냉각관(54)의 상기 유입구(56)와 대응하는 타측에는 상기 담수 또는 해수가 유출되는 유출구(58)가 형성되어 있다.
상기 담수 또는 해수의 유입 및 유출은, 상술한, 전력 공급 설비(예: 태양 전지 및 축전지, 미도시)로부터의 전력에 의해서 동작하는 순환 펌프에 의해서 수행될 수 있다.
상기 유입구(56)와 유출구(58)는, 각각, 대응하여 담수 또는 해수의 유입 흐름(57)과 담수 또는 해수의 유출 흐름(59)을 나타내었다.
이때, 상기 유입구(56) 측의 유입 흐름(57)의 온도는 상기 유출구(58) 측의 유출 흐름(59)의 온도보다 낮도록 설정되는 것이 바람직하다.
이를 위해서, 상기 냉각관(54) 내의 담수 또는 해수의 온도를 제어하기 위한 온도 센서(미도시)가 더 설치될 수 있다.
다음으로, 도 6은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이루는 반응기 중의 하나의 동작 개요를 나타내는 측단면도이다.
도 6으로부터, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이루는 반응기 중의 하나(50)는, 미세 조류 배양 용기(36)의 상단에 설치된 냉각관(54)의 구성, 미세 조류 배양 용기(36) 내의 미세 조류와 배양액이 혼합된 미세 조류 혼합체(45)에 삽입되어 있는 이산화탄소 및 배양액 주입 밸브(48)의 구성, 및 상기 미세 조류 배양 용기(36) 내의 미세 조류와 배양액이 혼합된 미세 조류 혼합체(45)로부터 미세 조류가 생성한 산소를 포집하기 위한 산소 포집 밸브(47)의 구성을 포함하고 있다.
도 6으로부터, 상기 냉각관(54)은 미세 조류 배양 용기(36)의 상단에 설치되어 있으며, 상기 미세 조류 배양 용기(36)의 상단을 1 회전 이상 회전하면서 감겨 있는 것을 알 수 있다.
다르게는, 상기 냉각관(54)은 미세 조류 배양 용기(36)의 상단을 감싸는 구조일 수도 있다.
이 경우에는, 상기 냉각관(54)은 상기 미세 조류 배양 용기(36)의 상단을 덮어 씌우는 캡(cap)의 형태로 구현될 수도 있다.
요컨대, 상기 냉각관(54)은 상기 미세 조류 배양 용기(36) 내의 미세 조류와 배양액이 혼합된 미세 조류 혼합체(45)로부터 증발하는 배양액을 미세 조류 배양 용기(36)의 상단에서 응결시켜 회수하기 위한 구성이다.
상기 냉각관(54)으로의 담수 또는 해수의 유입에 대해서는 도 5를 참조하여 설명한 바와 같다.
도 6으로부터, 미세 조류 배양 용기(36)의 상부를 덮는 뚜껑(46)에는 미세 조류의 배양을 위한 이산화탄소 및 배양액 주입 밸브(48), 및 상기 미세 조류가 생성한 산소를 포집하기 위한 산소 포집 밸브(47)가 더 형성되어 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 뚜껑(46)에는 미세 조류의 안정적 배양 및 성장을 위해서 각종 센서가 더 구비되어 있을 수 있다.
도 6에서, 이산화탄소 및 배양액 주입 밸브(48)의 하단(49)은, 미세 조류와 배양액이 혼합된 미세 조류 혼합체(45)의 전체 높이의 절반 정도의 위치까지 하향 연장되어 있음을 알 수 있다.
이는 상기 미세 조류와 배양액이 혼합된 미세 조류 혼합체(45) 내로 이산화탄소 및 배양액을 더욱 효과적으로 주입하기 위해서이다.
한편, 미세 조류가 생성한 산소를 포집하기 위한 산소 포집 밸브(47)는 상기 뚜껑(46)에 형성한 산소 포집 공간(44)을 통해서 상기 산소를 포집할 수 있다.
이때, 상기 산소 포집 공간(44)은 더욱 원활하게 산소를 포집하도록 하기 위해서, 상기 뚜껑(46)의 하측에서 상측으로 갈수록 좁아지는, 즉 깔때기 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
마지막으로, 도 7은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이용하여 얻어지는 미세 조류의 실험 일수에 따른 바이오 매스의 수득률을 나타낸 그래프이다.
도 7에 나타낸 바이오 매스의 수득률에 대해서 설명하기 전에, 본 발명의 발명자들이 상술한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40)를 사용하여 실제로 미세 조류, 즉 바이오 매스를 수득하기 위한 공정에 대해서 간단하게 설명하기로 한다.
배양종 및 배양 환경
본 발명의 발명자들이 실험에 이용한 미세 조류는 한국 해양 미세 조류 은행에서 분양 받은 Spirulina maxima (KMMCC-1379), Nannochloropsis sp. (KMMCC-177), 및 Isocrysis galbana (KMMCC-214)이다.
먼저, Spirulina maxima의 배양은 알칼리성 무기 배지인 SOT 배지를 사용하였고, 조성은 표 1과 같다.
| 조성 | 함량 (g/L) |
| NaHCO3 | 16.8 g |
| K2HPO4 | 0.5 g |
| NaNO3 | 2.5 g |
| K2SO4 | 1.0 g |
| NaCl | 1.0 g |
| MgSO4·7H2O | 0.2 g |
| CaCl2·2 H2O | 0.04 g |
| FeSO4·7H2O | 0.01 g |
| Na2EDTA | 0.081 g |
| A5액 | 1 mL |
| 증류수 | 1 L |
여기에서, 상기 A5액의 조성은 다음 표 2와 같다.
| A5액 | |
| H3BO3 | 2.86 g |
| MnSO4·7H2O | 2.5 g |
| ZnSO4·7H2O | 0.222 g |
| CuSO4·5H2O | 0.079 g |
| Na2MoO4·2H2O | 0.021 g |
| 증류수 | 1 L |
다음으로, Nannochloropsis sp.와 Isocrysis galbana 배양은 Conwy 배지를 사용하였고, 그 조성은 표 3과 같다.
| 조성 | 함량 (g/L) |
| KNO3 | 0.116 g |
| NaEDTA | 0.045 g |
| H3BO3 | 0.0336 g |
| MnCl2·4H2O | 0.00036 g |
| ZnCl2 | 0.0021 g |
| CoCl2·6H2O | 0.002 g |
| (NH4) 6MoO7·4H2O | 0.0009 g |
| CuSO4·H2O | 0.002 g |
| 비타민 B1 | 0.00002 g |
| 비타민 B12 | 0.00001 g |
| Na2H2PO4·2H2O | 0.02 g |
| FeCl3·6H2O | 0.0013 g |
| 증류수 | 1 L |
또한, 이들 미세 조류의 배양 환경은 실외 및 실내의 두 그룹으로 나누었으며, 배양은 2 회 반복하여 실시하였다.
실외 배양은 투명 폴리카보네이트 용기를 사용하였고, 배양 용기가 수면에 떠 있을 수 있도록 부력재를 사용하여 용기를 고정하였다(도 3 참조).
실내 배양에서도 동일한 용기를 사용하였고, 에어 브로워 펌프(air blower pump)를 이용하여 인위적으로 용기 내부의 배양액을 교반시켰다.
실외 배양과 실내 배양 모두 광 주기는 동일하게 13(L):11(D)을 유지하였다. 여기에서, L은 광이 제공되는 광조건을, D는 광이 제공되지 않는 암조건을 나타낸다. 따라서, 13(L):11(D)는 하루 24 시간 중 13 시간은 광조건으로 유지하고, 11 시간은 암조건을 유지한 상태로 배양하였다는 의미이다.
본 발명에서, 실외 배양은 자연 태양광을 이용하였기 때문에 해가 떠 있는 시간이 광조건이 되고, 해가 지고 난 이후의 시간이 암조건이 된다. 실내 배양은, 형광등을 이용하여 인위적으로 광조건과 암조건을 제공하였다.
또한, 초기 접종은 S. maxima Cy 23 (Setchell & Gardner), N. sp KMMCC-177, I. galvana KMMCC-214를, 각각, 0.0175 g·L-1, 0.0650 g·L-1, 및 0.0677 g·L-1 수준으로 하였다.
또한, 실험 기간 동안 실내 배양 조건과 실외 배양 시설에서의 배양수 온도는 26 ~ 33 ℃ 범위 내에서 약 8℃ 정도의 높은 변화폭을 나타내었다.
이때, 염분 및 pH는 실내 및 실외 배양 모두 거의 유사한 조건으로 유지하였다.
S. maxima를 제외한 두 종의 실외 배양 조건하에서 pH 변화는 바이오매스 생산량이 증가함에 따라 유의하게 증가하는 경향을 보였다.
이하, 표 4에, 실내 배양 조건과 실외 배양 조건에서의, 온도, pH, 염도의 일간 변동 상황을 나타내었다.
표 4에서, 상단은 실험 일수를 나타내고 있고, 좌측단은 위에서부터 아래로 순서대로, 온도(Temperature), pH, 염도(Salinity)를, 각각의 미세 조류에 대해서 나타내고 있다.
표 4에서 in과 out(좌측 두번째 컬럼)은 실내 배양 조건과 실외 배양 조건을 나타낸다.
이상의 미세 조류의 배양 조건에 의해서, 수득한 미세 조류의 양(수득률)에 대해서, 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설을 이용하여 배양한 미세 조류 3 종의 생육 및 바이오매스 수득율을 평균값으로 나타낸 그림이다.
안정된 환경의 실내 배양 결과와 실외 배양 결과를 비교하면, 기존에 사용하는 실험실과 같은 실내 배양보다 상대적으로 더 높은 수준의 미세 조류의 생육 및 바이오매스 수득율을 보이고 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이용하는 경우, 경제적으로 미세 조류를 배양할 수 있음을 확인하였다.
구체적으로, 상기 세 종류의 미세 조류의 성장 패턴은 6 ~ 8 일째부터 상당히 다른 양상을 보이고 있으며, 실험이 종료되는 시점인 10 일째에는 1.3 ~ 2 배 정도의 평균 성장 차이를 보이고 있다.
특히, N. sp의 경우에는 평균 바이오 매스의 차이가 실내 배양 조건에서 0.63 g/L였으나, 실외 배양 조건에서는 약 2 배인 1.18 g/L로 나타나 산업적으로 이용하기에 충분하다는 것을 확인하였다.
일반적으로, 담수에서 성장하는 스피룰리나는 열대 지방의 얕은 수심과 높은 알칼리성의 수질에서 잘 자라는 특징이 있다.
즉, 담수성 스피룰리나는 개방형 배양 시스템에서 배양하는 경우 수득률이 더 높다.
이와 반대로, 해수에서 성장하는 미세 조류인 S. maxima의 경우에는 폐쇄형 배양 시스템에서 수득률이 더 높은 경향을 보였다.
도 7에 따르면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이용하는 경우, 1.0 g/L 이상의 최종 생산량을 보임을 알 수 있으며, 이는 산업적으로 및 상업적으로 충분히 경제적으로 이용할 수 있는 수준이다.
또한, 본 발명에 따르면, 상술한 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 제공하는 것 뿐만 아니라, 상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치가 하나 이상 집적 설치될 수 있는 미세 조류 배양 시설을 제공할 수 있다.
상기 미세 조류 배양 시설의 경우, 다수의 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 집적하여 구축할 수 있으므로, 동시에 대량의 미세 조류를 수득할 수 있다.
여기에서, 상기 미세 조류 배양 시설은, 벌집 형상으로 구성되는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 직사각형이나 정사각형과 같은 다른 기하학적인 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 미세 조류 배양 시설은, 상대적으로 협소한 육지가 아니라 담수 또는 해수의 표층에 설치할 수 있으며, 규모의 제약으로부터 비교적 자유롭다는 특징이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 미세 조류 배양 시설로부터 대량으로 얻은 미세 조류로부터 생산되는 바이오 연료가 제공될 수 있다.
상기 바이오 연료는 바이오 에탄올 또는 바이오 디젤의 형태가 될 수 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치, 상기 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설, 및 미세 조류로부터 생산되는 바이오 연료에 대해서 설명하였지만, 이와 같은 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
30 : 베이스 플레이트
32, 34, 36 : 미세 조류 배양 용기
40 : 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치
42 : 부력 보상재
46 : 뚜껑
47 : 산소 포집 밸브
48 : 이산화탄소 및 배양액 주입 밸브
56 : (해수) 유입구
58 : (해수) 유출구
54 : 냉각관
32, 34, 36 : 미세 조류 배양 용기
40 : 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치
42 : 부력 보상재
46 : 뚜껑
47 : 산소 포집 밸브
48 : 이산화탄소 및 배양액 주입 밸브
56 : (해수) 유입구
58 : (해수) 유출구
54 : 냉각관
Claims (13)
- 통 형상의 몸체와 상기 몸체를 폐쇄하는 뚜껑으로 이루어지는 미세 조류 배양 용기;
상기 미세 조류 배양 용기가 하나 이상 삽입되어 수직으로 유지되는 베이스 플레이트; 및
상기 미세 조류 배양 용기의 상단에 설치되고, 상기 미세 조류 배양 용기 내에서 증발된 배양액을 응결시켜 회수하기 위한 냉각관;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 베이스 플레이트는, 부력을 갖는 것을 특징으로 하는, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 미세 조류 배양 용기는, 햇빛이 투과될 수 있도록 투명한 것을 특징으로 하는, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 베이스 플레이트의 하부에는, 무게 중심 유지를 위한 부력 보상재가 더 설치되는 것을 특징으로 하는, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 뚜껑에는, 온도 센서, 염분 센서, pH 센서, 산소 센서, 또는 이산화탄소 센서 중의 하나 이상의 센서가 더 설치되는 것을 특징으로 하는, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 뚜껑에는, 상기 미세 조류의 배양을 위한 이산화탄소 및 배양액 주입 밸브, 및 상기 미세 조류가 생성한 산소를 포집하기 위한 산소 포집 밸브가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 냉각관은, 상기 미세 조류 배양 용기의 상단을 1 회전 이상 회전하면서 감겨 있는 것을 특징으로 하는, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 부력 보상재는, 담수 또는 해수의 밀도 보다 밀도가 낮은 것을 특징으로 하는, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 부력 보상재는, 안정적인 부상을 위해서 역삼각형의 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 냉각관의 입구측으로 담수 또는 해수가 유입되어, 상기 냉각관의 출구측으로 상기 담수 또는 상기 해수가 배출되는 것을 특징으로 하는, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 담수 또는 상기 해수의 유입 및 배출은, 순환 펌프에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 조류 배양 시설.
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130110832A KR101360795B1 (ko) | 2013-09-16 | 2013-09-16 | 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치, 및 상기 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020130110832A KR101360795B1 (ko) | 2013-09-16 | 2013-09-16 | 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치, 및 상기 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101360795B1 true KR101360795B1 (ko) | 2014-02-12 |
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ID=50270403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020130110832A KR101360795B1 (ko) | 2013-09-16 | 2013-09-16 | 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치, 및 상기 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR101360795B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101575155B1 (ko) * | 2014-10-02 | 2015-12-07 | 이종조 | 밸러스트 탱크가 구비되는 부유식 태양광 발전장치 |
| KR20160134082A (ko) * | 2015-05-14 | 2016-11-23 | 인하대학교 산학협력단 | 수위 감응형 자동 액체 유출입 장치 및 그를 이용한 광생물반응기 |
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-
2013
- 2013-09-16 KR KR1020130110832A patent/KR101360795B1/ko active IP Right Grant
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