KR101484577B1 - Photobioreactors with the function of controlling light-receiving area - Google Patents

Photobioreactors with the function of controlling light-receiving area Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세조류 배양에 필요한 광에너지를 효율적으로 조절할 수 있는, 배양해야 할 미세조류 및 상기 미세조류를 분산시키기 위한 액체를 담지할 수 있는 형상 유지 가능한 배양용기를 포함하는 광생물 반응기에 있어서, 상기 배양용기의 전부 또는 적어도 일부는 상기 배양용기의 폭 또는 높이를 조절할 수 있는 주름 구조를 갖는, 광생물 반응기를 제공한다.The present invention relates to a photobioreactor comprising a culture vessel capable of efficiently controlling light energy required for culturing microalgae and capable of holding a microalgae to be cultured and a liquid for dispersing the microalgae, All or at least a part of the culture container has a wrinkle structure capable of adjusting the width or height of the culture container.

Description

광에너지를 받는 표면적이 조절 가능한 광생물 반응기{Photobioreactors with the function of controlling light-receiving area}≪ Desc / Clms Page number 1 > BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photobioreactor,

본 발명은 해양에서 해양 미세조류를 대량으로 배양하는 광생물 반응기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광에너지를 받는 표면적이 조절 가능한 광생물 반응기에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photobioreactor for culturing a marine microalgae in a large scale in the ocean, and more particularly to a photobioreactor capable of adjusting the surface area receiving light energy.

광합성 단세포 미생물인 미세조류는 광합성을 통하여 단백질, 탄수화물, 지방등 다양한 유기물을 생산이 가능하다. 특히 최근에는 기능성 다당류, 카로테노이드, 비타민, 불포화지방산등 고부가가치 산물의 생산뿐 만아니라 지구 온난화의 주범이 이산화탄소 제거의 목적에 최적 생물체로 평가 받고 있다. 그 주요한 이유는 양적인면에서 주요한 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 효과적으로 제거하기 위한 생물체 배가 시간(doubling time)이 육상 식물보다 짧고, 척박한 환경에서도 높은 성장성을 나타내며, 발전소나 공장에서 나오는 연소 가스를 직접적으로 사용할 수 있기 때문이다. Microalgae, which are photosynthetic single cell microorganisms, can produce various organic materials such as proteins, carbohydrates, and fats through photosynthesis. In recent years, not only the production of high value products such as functional polysaccharides, carotenoids, vitamins and unsaturated fatty acids, but also the main cause of global warming has been evaluated as an optimum organism for the purpose of removing carbon dioxide. The main reason is that in order to effectively remove carbon dioxide, which is the main cause of global warming in terms of quantities, the doubling time is shorter than that of terrestrial plants, shows high growth even in a barren environment, .

이산화탄소 제거와 연계하여, 유한한 에너지원인 화석연료를 대체할 생물학적 에너지 생산에도 큰 관심을 받고 있는데, 이는 미세조류가 이산화탄소를 고정하여 생체에 지질로 축적 하는 것이 가능한데 따른 것이다. 이렇게 축적된 지질을 이용한 바이오 디젤 생산에 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 미세조류를 이용한 이산화탄소의 제거 또는 바이오 에너지의 제조와 같은 유용한 산물의 대량생산을 위해서는 반드시 미세조류의 배양이 대규모적이고 고농도로 수행되어야 한다. 따라서 규모가 큰 배양설비의 구축과 관련된 기술이 필수적으로 요구되고 있다. In connection with the removal of carbon dioxide, it is receiving great interest in the production of biological energy to replace fossil fuels, which are finite energy sources. This is due to the ability of microalgae to store carbon dioxide and accumulate lipids in living organisms. Much research has been conducted on the production of biodiesel using the accumulated lipids. However, in order to mass-produce useful products such as the removal of carbon dioxide using microalgae or the production of bioenergy, microalgae cultivation must be carried out at a large scale and at a high concentration. Therefore, the technology related to the construction of large-scale cultivation facilities is essential.

또한 이러한 고농도 배양을 달성하기 위해서는 다른 것보다 고려해야할 것이 광에너지의 효율적인 공급이다. 세포의 양이 적을 때에 높은 광도를 공급하게 되면 미세조류의 성장이 저해 받으며(photo-inhibition), 세포 농도가 높을 시에는 광에너지가 배양액 깊이 들어가지 않아 불균형적인 광분포를 이뤄 광에너지에 의해 성장이 제한(photo-limitation) 될 수 있다.
광합성 미세조류 배양시 광에너지의 효율적인 이용을 위하여, 특정 파장의 필터 기능이 있는 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기와 관한 공개특허공보 제10-2011-0096243호(2011.08.30)이 본 발명자들에 의하여 제안된 바 있다.Furthermore, in order to achieve such a high-concentration culture, an efficient supply of light energy should be considered. When the amount of the cells is small, the photo-inhibition is inhibited when the high light intensity is supplied. When the cell concentration is high, the light energy does not enter the depth of the culture medium, This can be a photo-limitation.
In order to efficiently utilize light energy in the cultivation of photosynthetic microalgae, Patent Application No. 10-2011-0096243 (Aug. 30, 2011) discloses a photobioreactor for mass culture of marine microalgae having a filter function of a specific wavelength, Have been proposed.

옥외 또는 바다에서 미세조류 배양 시, 시간, 계절에 따라 변화하는 태양광의 광량 및 광도로 인하여, 과도한 광에너지 공급으로 인한 성장 제한 또는 광에너지 부족으로 인한 광저해 현상이 발생한다. 또한, 이러한 현상은 배양대상이 되는 미세조류 및 상기 미세조류를 수용하는 배양기 내부 공간에 따라 더욱 악화될 수 있다.When microalgae are cultured in the open air or in the sea, due to the light amount and the intensity of sunlight varying with time and season, there occurs a light restriction due to growth restriction or light energy shortage due to excessive light energy supply. This phenomenon can be further exacerbated by the micro-algae to be cultured and the space inside the incubator for accommodating the micro-algae.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 효율적인 광에너지 공급이 가능한, 광에너지를 받는 표면적이 조절 가능한 광생물 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a photobioreactor capable of supplying light energy efficiently and having a surface area capable of receiving light energy, which can solve various problems including the above problems. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.

본 발명의 일 관점에 따르면, 배양해야 할 미세조류 및 상기 미세조류를 분산시키기 위한 액체를 담지할 수 있는 형상 유지 가능한 배양용기를 포함하는 광생물 반응기에 있어서, 상기 배양용기의 전부 또는 적어도 일부는 상기 배양용기의 폭 또는 높이를 조절할 수 있는 주름 구조를 갖는, 광생물 반응기가 제공된다.  According to one aspect of the present invention, there is provided a photobioreactor comprising a culture vessel capable of holding a shape capable of supporting microalgae to be cultured and a liquid for dispersing the microalgae, wherein all or at least part of the culture vessel And a wrinkle structure capable of adjusting the width or height of the culture container.

상기 광생물 반응기에 있어서, 상기 주름 구조는 상기 배양용기의 벽면을 길이방향으로 늘이거나 줄임으로써 상기 배양용기의 폭, 길이 및/또는 높이를 신장하거나 줄일 수 있다. 이와 같이 배양용기의 폭, 길이 및/또는 높이를 조절할 경우, 광에너지의 양, 미세조류의 종류, 수 및 상기 미세조류의 성장수준에 따라 배양용기 내에 도달하는 광에너지의 양을 조절함으로써, 광합성 미생물의 효율적인 배양이 가능하게 된다.In the photobioreactor, the wrinkle structure may elongate or reduce the width, length, and / or height of the culture container by extending or reducing the wall surface of the culture container in the longitudinal direction. When the width, length and / or height of the culture container are adjusted as described above, the amount of light energy reaching the culture container is controlled according to the amount of light energy, the kind and number of microalgae, and the growth level of the microalgae, Thereby enabling efficient cultivation of microorganisms.

상기 광생물 반응기에 있어서, 상기 배양용기는 상기 주름구조의 길이가 긴 경우와 짧은 경우 두 가지의 형상을 기억하고 있는 형상기억형 주름구조를 가질 수 있고, 길이가 조정된 주름구조 벽체의 길이의 고정을 위한 길이 고정장치를 추가로 구비할 수 있다.In the above-described photobioreactor, the culture container may have a shape memory type wrinkle structure that memorizes two shapes when the length of the wrinkle structure is long or short, and the length of the wrinkle structure wall It is possible to additionally provide a length fixing device for fixing.

상기 광생물 반응기에 있어서, 상기 배양용기의 전부 또는 일부는 반투과성 또는 불투과성의 투명 또는 반투명 재질로 제조될 수 있다.In the photobioreactor, all or a part of the culture container may be made of a semi-permeable or impermeable transparent or translucent material.

상기 불투과성 고분자 막은 테프론(teflon, polytetrafluoroethylene), 폴리올레핀(polyolefine), 폴리아마이드(polyamides), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 실리콘(silicon), 폴리메틸 메타아크릴레이트(poly methly methacrylate), 폴리스티렌(polystyrene), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머, 폴리에틸렌-말레 안하이드리드 코폴리머, 폴리아미드(polyamide), 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 플로라이드), 폴리비닐 이미다졸(poly(vinyl imidazole)), 클로로술포네이트 폴리올레핀(chlorosulphonate polyolefin), 폴리에틸렌 테트라프탈레이트(poly(tetrafluoroethylene)), 나일론(nylon), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene), 아크릴(acryl), 폴리에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌 옥시드(poly(ethylene oxide))으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The impermeable polymer membrane may be formed of a material selected from the group consisting of teflon, polytetrafluoroethylene, polyolefine, polyamides, polyacrylate, silicon, poly methly methacrylate, polystyrene, , Ethylene-vinyl acetate copolymers, polyethylene-maleic anhydride copolymers, polyamides, poly (vinyl chloride), poly (vinyl fluoride), poly (vinyl imidazole) Polyolefins such as chlorosulphonate polyolefin, poly (tetrafluoroethylene), nylon, low density polyethylene, high density polyethylene, acryl, polyetheretherketone, Polyimide, polycarbonate, polyurethane, polyethylene oxide (poly (e thylene oxide), but the present invention is not limited thereto.

상기 반투과성 고분자 막은 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 초산셀룰로오스, 폴리비닐알콜(poly(vinyl alcohol)), 셀로판(cellophane), 니트로셀룰로오스(nitrocellulose) 및 폴리에스테르(polyester)로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 친수성 폴리머로 구성될 수 있고, 상기 친수성 폴리머와 상기 불투과성 고분자 막을 구성하는 고분자 섬유와 복합소재로 구성될 수 있다.The semi-permeable polymer membrane may be formed of a material selected from the group consisting of cellulose, methylcellulose, ethylcellulose, cellulose acetate, poly (vinyl alcohol), cellophane, nitrocellulose and polyester Type or two or more kinds of hydrophilic polymers and may be composed of the hydrophilic polymer and the polymer fibers constituting the impermeable polymer membrane and a composite material.

상기 광생물 반응기에 있어서, 상기 배양용기에 하나 이상의 주입구가 구비될 수 있으며, 상기 주입구는 개폐수단을 구비할 수 있는데, 예컨데 지퍼 또는 지퍼백 형태일 수 있다.In the photobioreactor, the culture container may be provided with one or more injection ports, and the injection port may include opening and closing means, for example, a zipper or a zipper bag.

상기 광생물 반응기에 있어서, 상기 배양용기는 부양수단에 의해 수면 위에 떠 있거나, 침강수단에 의해 수면 아래에 소정의 깊이로 가라앉도록 할 수 있다. 이때, 상기 부양수단은 상기 배양용기 외부에 별도로 설치된 부표와 같은 부양장치일 수도 있고, 별도로 설치되지 않고 상기 배양용기에서 연장되어 형성된 공기주입식 튜브형상일 수도 있다. 아울러, 상기 침강수단은 상기 배양용기가 수면 아래 일정한 깊이로 잠겨있도록 배양용기 하부에 연결된 무게추일 수도 있고, 수중 또는 수저면에 설치된 수중구조물일 수 있다. In the photobioreactor, the culture container may float on the surface of the water by the floatation means or may sink to a predetermined depth below the water surface by the sedimentation means. At this time, the lifting means may be a flotation device such as a buoy separately provided outside the culture container, or may be an air injection tube formed by extending from the culture container. In addition, the sedimentation unit may be weighted connected to the lower portion of the culture vessel so that the culture vessel is submerged at a predetermined depth below the water surface, or may be an underwater structure installed in water or underwater.

또한, 상기 배양용기의 일말단은 상기 부양수단에 연결되고 타말단은 상기 침강수단에 연결될 수도 있다.In addition, one end of the culture container may be connected to the lifting means and the other end may be connected to the sedimentation means.

또한, 상기 광생물 반응기는 배양용기 내부로 가스를 공급할 수 있는 가스 주입구 및 가스 배출을 위한 가스 배출구를 더 구비할 수 있다.The photobioreactor may further include a gas inlet for supplying gas into the culture container and a gas outlet for discharging gas.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 경제적이며 효율적으로 해양 미세조류를 대량 배양할 수 있는 광생물 반응기를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention as described above, a photobioreactor capable of economically and efficiently mass-culturing marine microalgae can be realized. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제6실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 제7실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.1 is a schematic view showing a photobioreactor according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing a photobioreactor according to a second embodiment of the present invention.
3 is a schematic view illustrating a photobioreactor according to a third embodiment of the present invention.
4 is a schematic view illustrating a photobioreactor according to a fourth embodiment of the present invention.
5 is a schematic view showing a photobioreactor according to a fifth embodiment of the present invention.
6 is a schematic view showing a photobioreactor according to a sixth embodiment of the present invention.
7 is a schematic view showing a photobioreactor according to a seventh embodiment of the present invention.

이하, 본 문서에서 사용된 용어를 정의한다.The terms used in this document are defined below.

본 문서에서 사용되는 "주름 구조"란 "자바라(蛇腹)"라는 일본어로 흔히 불리우는데, 판상 또는 면상의 물체에 안접힘과 바깥접힘이 다수 반복되어 접힘각을 좁힐 경우(0°에 가깝게), 이러한 구조로 이루어진 벽체의 길이가 줄어들고, 접힘각을 키울 경우(180°에 가깝게), 벽체의 길이가 늘어나게 되는 구조를 의미한다.As used in this document, "wrinkle structure" is often called "bellows" in Japanese. When a folded or folded object is repeated many folds and folds backward (close to 0 °) This means that the length of the wall made of such a structure is reduced, and the length of the wall is increased when the folding angle is increased (close to 180 °).

본 문서에서 사용되는 “메쉬 시트”는 직물(woven fabric)과 같이 경사와 위사가 서로 아래위로 교차하여 짜여진 형태의 구조를 갖는 시트를 의미한다. As used herein, the term " mesh sheet " refers to a sheet having a structure in which warp and weft are interwoven one above the other, such as a woven fabric.

본 문서에서 사용되는 “망목 크기(opening size)”는 메쉬 구조상의 서로 교차하여 짜여진 위사와 경사 사이의 공간의 크기를 의미한다. &Quot; Opening size " as used herein means the size of the space between the weft and the warp interwoven with each other on the mesh structure.

본 문서에서 사용되는 “타공 시트”는 불투과성 또는 반투과성 막에 인위적으로 천공을 하여 구멍이 형성된 시트를 의미한다.As used herein, a " perforated sheet " refers to a perforated sheet that has been artificially perforated on an impermeable or semi-permeable membrane.

본 문서에서 사용되는 “광합성 미생물”은 광합성을 할 수 있는 녹조류, 홍조류, 남조류를 의미하며, 예를 들어, 클로렐라, 클라디도모나스(Chlamydomonas), 해마토코커스(Haematococous), 보트리오 코커스(Botryococcus), 세네데스무스(Scenedesmus), 스피룰리나(Spirulina), 테트라셀미스(Tetraselmis), 두날리엘라(Dunaliella) 등 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때 상술한 미세조류는 배양용기 내에서 카로테노이드, 균체, 파이코빌리프로테인, 지질, 탄수화물, 불포화지방산, 단백질을 생산할 수 있다.As used herein, the term "photosynthetic microorganism" refers to algae, red algae, and blue algae capable of photosynthesis, including, for example, Chlorella, Chlamydomonas, Haematococous, Botryococcus, Scenedesmus, Spirulina, Tetraselmis, Dunaliella, and the like, but are not limited thereto. At this time, the above microalgae can produce carotenoids, microbial cells, pycobiliproteins, lipids, carbohydrates, unsaturated fatty acids and proteins in a culture container.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 도면에 도시된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 도면에 도시된 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is provided to fully inform the category of invention to a knowledgeable person. Also, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.1 is a schematic view showing a photobioreactor according to a first embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 광생물 반응기는 배양하는 미세조류에 효율적으로 광에너지를 공급할 수 있도록, 상기 배양용기의 전부 또는 적어도 일부는 상기 배양용기의 폭 또는 높이를 조절할 수 있는 주름 구조를 갖도록 고안됨에 따라,미세조류 성장에 필요한 광에너지를 효율적으로 조절 가능하게 되므로 미세조류 대량 생산에 유용하게 사용할 수 있다. 또한, 수면에 부유식 또는 수중이 소정 깊이로 가라앉도록 설치됨으로써, 대량 생산에 필요한 공간적 제약을 극복하는 효과를 제공한다. 나아가 미세조류가 관리가능한 제한적인 배양용기 내에서 배양됨에 따라, 미세조류의 대량 번식에 따른 환경오염을 방지할 수 있으며, 대량 배양된 미세조류의 수확이 용이하다는 장점을 갖는다. The photobioreactor according to the present invention is designed such that all or at least a part of the culture container has a wrinkle structure capable of controlling the width or height of the culture container so as to efficiently supply light energy to the microalgae to be cultured , The light energy required for microalgae growth can be efficiently controlled, and thus it can be usefully used for mass production of microalgae. In addition, since the water is floated on the water surface or the water sinks to a predetermined depth, the effect of overcoming spatial limitations required for mass production is provided. Furthermore, as the microalgae are cultivated in a limited culture vessel in which the microalgae can be managed, environmental pollution due to mass propagation of microalgae can be prevented, and it is easy to harvest the microalgae cultured in large quantities.

본 발명의 제1실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 배양용기의 폭 또는 높이를 조절할 수 있는 주름 구조를 갖도록 제조된 배양용기(10)를 포함한다.The photobioreactor according to the first embodiment of the present invention includes a culture container 10 manufactured to have a wrinkle structure capable of adjusting the width or height of the culture container, as shown in Fig.

상기 배양용기(10)는 상기 주름구조의 길이가 긴 경우와 짧은 경우 두 가지의 형상을 기억하고 있는 형상기억형 주름구조를 가질 수 있다. 광에너지가 입사되는 배양용기의 폭 또는 높이가 긴 경우와 짧은 경우의 형상을 기억하고 있는 구조이기 때문에, 미세조류 배양시 요구되는 광에너지를 효과적으로 조절가능하게 한다. 예를 들어, 광량이 많은 시기에는 배양용기 폭의 주름구조의 접힘각을 감소시켜 미세조류에 전달되는 광에너지를 감소시킬 수 있으며, 반대로 광량이 적은 시기에는 접힘각을 증가시켜 광에너지 전달을 증가시킬 수 있다. 또한, 이와 유사하게 광생물 배양기 내부에 담지된 미세조류의 양이 적은 경우, 배양용기의 높이 부분의 주름구조의 접힘각을 증가시키거나, 폭 부분의 주름구조의 접힘각을 감소시켜, 과도한 광에너지에 의한 성장 저해 현상을 방지할 수 있다. 또한, 미세조류 세포의 농도가 증가하는 경우에는 배양용기에 담지된 배양액의 양을 조절하는 방법을 적용할 수 있어, 광에너지를 효율적으로 공급하는 것이 가능하며, 광 관련 저해나 부족현상을 극복하는 방법으로 적용할 수 있다.The culture container 10 may have a shape memory type wrinkle structure that memorizes two shapes when the length of the wrinkle structure is long or short. The light energy required for culturing the microalgae can be effectively controlled because the culture container in which the light energy is incident has a structure in which the width or the height of the culture container is long or short. For example, when the light intensity is high, the folding angle of the wrinkle structure of the culture vessel width can be reduced to reduce the light energy transferred to the microalgae. On the contrary, when the light quantity is low, . Similarly, when the amount of microscopic algae carried in the photobiological incubator is small, the folding angle of the wrinkle structure at the height portion of the culture container is increased, or the folding angle of the wrinkle structure at the width portion is reduced, The growth inhibition phenomenon due to energy can be prevented. In addition, when the concentration of the microalgae cells is increased, the method of controlling the amount of the culture liquid carried in the culture container can be applied, and it is possible to efficiently supply the light energy, and to overcome the light- Method can be applied.

상기 주름구조의 접힘각은 10 내지 180도일 수 있으며, 광생물 반응기가 설치되는 환경조건 또는 반응기 내부에 담지된 미세조류의 수 또는 성장된 미세조류의 수에 따라 당업자가 임의로 조절할 수 있다. The folding angle of the wrinkle structure may be 10 to 180 degrees and may be arbitrarily adjusted according to the environmental conditions in which the photobioreactor is installed or the number of microalgae or the number of microalgae grown in the reactor.

또한, 상기 배양용기(10)의 전부 또는 일부는 반투과성 또는 불투과성의 투명 또는 반투명 재질로 제조될 수 있다. 상기 재질은 배양용기의 입체적인 형상을 유지하며 부유를 가능하게 하며, 예컨대 미세조류를 수용한 배양용기를 플라스틱과 같은 불투과성 재질을 이용하여 제조하는 경우 플라스틱 용기의 부력에 의하여 해수면 근처에 부유할 수 있다. In addition, all or a part of the culture container 10 may be made of a transparent or semi-transparent material which is semi-permeable or impermeable. The material makes it possible to float while maintaining the three-dimensional shape of the culture vessel. For example, when a culture vessel containing microalgae is manufactured using an impermeable material such as plastic, it can float near the sea surface due to the buoyancy of the plastic vessel. have.

상기 불투과성 고분자 막은 테프론(teflon, polytetrafluoroethylene), 폴리올레핀(polyolefine), 폴리아마이드(polyamides), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 실리콘(silicon), 폴리메틸 메타아크릴레이트(poly methly methacrylate), 폴리스티렌(polystyrene), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머, 폴리에틸렌-말레 안하이드리드 코폴리머, 폴리아미드(polyamide), 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 플로라이드), 폴리비닐 이미다졸(poly(vinyl imidazole)), 클로로술포네이트 폴리올레핀(chlorosulphonate polyolefin), 폴리에틸렌 테트라프탈레이트(poly(tetrafluoroethylene)), 나일론(nylon), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene), 아크릴(acryl), 폴리에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌 옥시드(poly(ethylene oxide))으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The impermeable polymer membrane may be formed of a material selected from the group consisting of teflon, polytetrafluoroethylene, polyolefine, polyamides, polyacrylate, silicon, poly methly methacrylate, polystyrene, , Ethylene-vinyl acetate copolymers, polyethylene-maleic anhydride copolymers, polyamides, poly (vinyl chloride), poly (vinyl fluoride), poly (vinyl imidazole) Polyolefins such as chlorosulphonate polyolefin, poly (tetrafluoroethylene), nylon, low density polyethylene, high density polyethylene, acryl, polyetheretherketone, Polyimide, polycarbonate, polyurethane, polyethylene oxide (poly (e thylene oxide), but the present invention is not limited thereto.

상기 반투과성 고분자 막은 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 초산셀룰로오스, 폴리비닐알콜(poly(vinyl alcohol)), 셀로판(cellophane), 니트로셀룰로오스(nitrocellulose) 및 폴리에스테르(polyester)로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 친수성 폴리머로 구성될 수 있고, 상기 친수성 폴리머와 상기 불투과성 고분자 막을 구성하는 고분자 섬유와 복합소재로 구성될 수 있다. 또한, 상기 배양용기(10)는 기본적으로 광투과성을 가지고 있다. 따라서 광원, 일예로서 태양에 노출될 경우, 태양으로부터의 태양광은 외벽을 투과하여 반응기에 수용된 미세조류에 공급되게 된다. 또한, 배양되는 미세조류에 따라 요구하는 특정 파장의 광에너지만이 투과되는 재질을 이용할 수 있다. 미세조류에 따라서는 배양에 필요한 광에너지가 서로 상이한 범위를 가지거나 또는 하나의 미세조류에 있어서도 배양의 과정에서 단계별로 필요한 광에너지가 서로 다른 경우가 있다. 일예로서 해마토코커스(Haematococcus)에서 아스타잔틴(astaxanthin)의 유도 생산 공정은 2 단계로 진행될 수 있다. 즉 배양의 제 1 단계에서는 상대적으로 낮은 광에너지를 공급하여 균체를 생산을 충분히 이룬 후에 제 2 단계에서 고광도의 광에너지로 아스타잔틴(astaxanthin)을 유도하게 된다.The semi-permeable polymer membrane may be formed of a material selected from the group consisting of cellulose, methylcellulose, ethylcellulose, cellulose acetate, poly (vinyl alcohol), cellophane, nitrocellulose and polyester Type or two or more kinds of hydrophilic polymers and may be composed of the hydrophilic polymer and the polymer fibers constituting the impermeable polymer membrane and a composite material. Further, the culture container 10 basically has light transmittance. Thus, when exposed to the sun as a light source, for example, sunlight from the sun is transmitted through the outer wall and supplied to the microalgae contained in the reactor. In addition, a material that transmits only a specific wavelength of light energy required according to the microalgae to be cultured can be used. Depending on the microalgae, the light energy required for cultivation may be different from each other, or even one microalgae may have different light energy required for each step in the course of cultivation. As an example, the induction production process of astaxanthin in Haematococcus can proceed in two steps. In other words, in the first step of culturing, the relatively low light energy is supplied to produce the cells, and then astaxanthin is induced in the second step with light energy of high light intensity.

또한, 상기 배양용기는 해양 미세조류를 수용할 수 있는 입체적인 형상일 수 있으며, 그 형상은 원, 타원형, 원뿔형, 원통형 등의 형태로 제조될 수 있으며, 그 형상이 특별히 제한되지 않는다. The culture container may be a three-dimensional shape capable of accommodating marine microalgae. The shape of the culture container may be circular, elliptical, conical, cylindrical or the like, and its shape is not particularly limited.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.2 is a schematic view showing a photobioreactor according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1실시예의 배양용기(10)를 포함하되, 상기 배양용기(10)에 연결되어 길이가 조정된 주름구조 벽체의 길이의 고정을 위한 길이 고정장치(20)를 추가로 포함할 수 있다. As shown in FIG. 2, the photobioreactor according to the second embodiment of the present invention includes a culture container 10 of the first embodiment, and is connected to the culture container 10, And a length fixing device 20 for fixing the length of the wall.

상기 고정장치(20)는 배양용기에 부착되거나, 별도로 제조된 고정장치를 배양용기에 부착시켜 조절된 주름구조의 폭 및/또는 높이를 고정할 수 있다. 예를 들어, 배양용기에 부착되는 경우에는 상하 및/또는 좌우에 벨트형식으로 연결되어 길이를 고정할 수 있다. 또한, 3차원적으로 형상 유지가 가능한 구조를 배양용기에 표면에 덧씌울 수 있다. 이러한 형태는 형상에 제약이 없으며, 광에너지 및 해수의 유입이 가능하도록 그물 또는 망 구조로 제조될 수 있다.The fixation device 20 may be affixed to a culture container, or a separately manufactured fixation device may be attached to the culture container to fix the width and / or height of the adjusted wrinkle structure. For example, when they are attached to culture vessels, they can be fixed in length by being connected to the top and bottom and / or left and right by a belt type. In addition, a structure capable of three-dimensionally maintaining the shape can be superimposed on the surface of the culture container. Such a shape is not limited in shape, and can be manufactured in a net or net structure to allow the inflow of light energy and seawater.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.3 is a schematic view illustrating a photobioreactor according to a third embodiment of the present invention.

본 발명의 제3실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1실시예의 배양용기(10)를 포함하되, 상기 배양용기(10)로부터 연장되어 형성된 튜브 형상의 부양수단(30)을 추가적으로 구비할 수 있다. 상기 튜브 형상의 부양수단은 배양용기의 주재질과 동일하거나 이질적인 소재로 형성될 수 있으며, 제조공정을 고려할 때 동일한 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공기가 주입되어 형성된 풍선 형태의 배양용기의 가장자리를 가열압착하여 접착시킴으로써 튜브형상의 부양수단을 형성할 수 있다. 도 3b는 제4실시예에 따른 광생물 배양기의 단면도를 나타내는 도이다. As shown in FIG. 3, the photobioreactor according to the third embodiment of the present invention includes a culture container 10 of the first embodiment, (30) may be additionally provided. The tube-like lifting means may be formed of the same or different material as the main material of the culture container, and it is preferably formed of the same material when considering the manufacturing process. According to an embodiment of the present invention, a tube-shaped lifting means can be formed by heating and bonding the edges of a culture container in the form of a balloon formed by injecting air. 3B is a cross-sectional view of the photobiological incubator according to the fourth embodiment.

도 4 본 발명의 제4실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다. 4 is a schematic view showing a photobioreactor according to a fourth embodiment of the present invention.

본 발명의 제4실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1실시예의 배양용기(10)를 포함하되, 상기 배양용기(10)에 연결된 하나 이상의 연결수단(40)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 연결수단(40)은 본 발명의 일실시예에 따른 배양용기를 수면 위로 부상시킬 수 있는 것이라면, 형상이나 재질을 불문한다. 예컨대, 부표, 스티로폼, 속이 빈 플라스틱 통 등의 사용이 가능하다. 상기 연결수단(40)은 하나 이상의 배양용기를 연결하는 길이 조절이 가능한 부유식 연결수단일 수 있다. 또한, 상기 부유식 연결수단은 배양용기의 상하 또는 좌우로 연결될 수 있으며, 환형으로 연결될 수 있다. 이러한 배양용기의 연결 방식은 배양되는 미세조류의 종류 및 상기 배양용기를 설치하는 해양 환경에 따라 변경될 수 있으며, 예를 들어 하나 이상의 미세조류를 배양하는 경우에는 상하로 배양용기를 연결하여 바다에 설치할 수 있다. 또한, 한 종류의 미세조류를 배양하는 경우에는 좌우 또는 환형으로 연결하여, 배양하는 미세조류의 배양에 요구되는 태양광이 투과되는 수심 범위에 위치할 수 있도록 부력이 조정된 부유식 연결수단을 이용할 수 있다. 4, the photobioreactor according to the fourth embodiment of the present invention includes one or more connecting means 40 including the culture container 10 of the first embodiment, which is connected to the culture container 10, May be further included. The connecting means 40 does not matter in shape or material as long as it can float the culture container according to the embodiment of the present invention. For example, buoys, styrofoam, hollow plastic containers and the like can be used. The connecting means 40 may be a length-adjustable floating connection means for connecting one or more culture vessels. In addition, the floating connection means may be connected to the culture vessel vertically or horizontally, or annularly. For example, when one or more microalgae are cultured, the culture vessel is connected to the upper and lower sides of the culture vessel, Can be installed. In addition, when one type of microalgae is cultured, they are connected to each other in a left-right or a ring-like manner, and floating buoyancy connecting means is adjusted so that the microalgae can be positioned in the depth range of sunlight required for culturing microalgae .

도 5는 본 발명의 제6실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.5 is a schematic view illustrating a photobioreactor according to a sixth embodiment of the present invention.

본 발명의 제5실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1실시예의 배양용기를 포함하되, 상기 배양용기가 적절한 수심에서 가라앉아 있을 수 있도록, 상기 배양용기에 연결된 하나 이상의 침강수단（５０）을 추가로 포함할 수 있다. 상기 침강수단은 예컨대, 무게추일 수 있고, 수저면 또는 수중에 설치된 구조물일 수 있다. A photobioreactor according to a fifth embodiment of the present invention comprises a culture container of the first embodiment as shown in Fig. 5, wherein the culture container is connected to the culture container so that the culture container can sink at a proper water depth One or more sedimentation means (50). The sedimentation means may be, for example, a weighted structure and may be a water surface or a structure installed in water.

도 6은 본 발명의 제6실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.6 is a schematic view showing a photobioreactor according to a sixth embodiment of the present invention.

본 발명의 제6실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 ６에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 배양용기(10)를 포함하되, 배양용기에 연결된 부양수단(30)과 침강수단(50)을 추가로 포함한다. 예컨대, 부양수단(30)이 배양용기(10)의 일말단에 연결되고, 침강수단(50)이 배양용기(10)의 타말단에 연결될 수 있다. 상기 부양수단과 침강수단을 통해 배양용기의 부양정도 및 침강정도를 조절할 수 있다.6, the photobioreactor according to the sixth embodiment of the present invention includes a culture vessel 10 according to the first embodiment, and includes a lifting means 30 and a sedimentation means 30 connected to the culture vessel 50). For example, the lifting means 30 may be connected to one end of the culture vessel 10, and the sedimentation means 50 may be connected to the other end of the culture vessel 10. The floatation degree and the degree of sedimentation of the culture container can be controlled through the lifting means and the sedimentation means.

도 7은 본 발명의 제7실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.7 is a schematic view showing a photobioreactor according to a seventh embodiment of the present invention.

본 발명의 제7실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 배양용기를 포함하되, 배양용기에 연결된 개폐수단(60)을 추가로 포함한다. 예컨대, 개폐수단(60)이 배양용기(10)의 일단면에 구비되어, 미세조류가 배양용기 내에 담지될 수 있도록 고안되었으며, 개폐가 용이하도록 지퍼, 지퍼백 또는 벨브와 같은 형태로 구비될 수 있다. The photobioreactor according to the seventh embodiment of the present invention further includes an opening / closing means 60 including a culture container according to the first embodiment, as shown in Fig. 7, connected to the culture container. For example, the opening and closing means 60 is provided on one end surface of the culture container 10 so that microalgae can be carried in the culture container, and can be provided in the form of a zipper, a zipper bag or a valve so as to facilitate opening and closing .

도 8은 본 발명의 제8실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.8 is a schematic view showing a photobioreactor according to an eighth embodiment of the present invention.

본 발명의 제8실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 배양용기를 포함하되, 배양용기 내부에 가스의 유입이 가능한 가스 주입구(70) 및 가스 배출구(80)를 추가로 포함한다. 예컨대 광생물 반응기가 상술한 불투과성 고분자 막을 이용하여 제조하는 경우, 광생물 미생물의 배양에 필요한 이산화탄소의 제공 및 광합성에 의하여 형성되는 산소의 배출을 위한 가스 주입구 및 배출구 구조가 구비될 더 구비될 수 있다. As shown in FIG. 8, the photobioreactor according to the eighth embodiment of the present invention includes a culture container according to the first embodiment, and includes a gas inlet 70 capable of introducing gas into the culture container, And further includes an outlet (80). For example, when a photobioreactor is manufactured using the above-mentioned impermeable polymer membrane, a gas inlet and an outlet structure for discharging oxygen formed by the provision of carbon dioxide necessary for cultivation of the photobioregulatory microorganism and photosynthesis may be further provided have.

10: 배양용기
20: 고정장치
30: 부양수단
40: 연결수단
50: 침강수단
60: 개폐수단
70: 가스 주입구
80: 가스 배출구10: culture container
20: Fixing device
30: Dependent means
40: connecting means
50: Deposition means
60: opening / closing means
70: gas inlet
80: gas outlet

Claims (10)

배양해야 할 미세조류 및 상기 미세조류를 분산시키기 위한 액체를 담지할 수 있는 형상 유지 가능한 배양용기를 포함하는 광생물 반응기에 있어서, 상기 배양용기의 벽체의 전부 또는 적어도 일부는 상기 배양용기의 폭 또는 높이를 조절할 수 있는 주름 구조를 갖고 상기 배양용기의 주름 구조를 갖는 벽체의 길이 고정을 위한 길이 고정 장치가 구비된, 광생물 반응기.A photobioreactor comprising a culture vessel capable of holding a microalga to be cultured and a liquid for dispersing the microalgae, characterized in that all or at least part of the wall of the culture vessel is divided into a width of the culture vessel And a length fixing device for fixing the length of the wall having the wrinkle structure of the culture container, the wrinkle structure being adjustable in height. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 배양용기는 반투과성 또는 불투과성의 투명 또는 반투명 재질로 제조되는, 광생물 반응기.The method according to claim 1,
Wherein the culture container is made of a semi-permeable or impermeable transparent or translucent material. 제1항에 있어서,
상기 배양용기에 하나 이상의 주입구가 구비되는, 광생물 반응기.The method according to claim 1,
Wherein the culture vessel is provided with at least one inlet. 제4항에 있어서,
상기 주입구는 지퍼 또는 지퍼백 형태의 개폐수단인 구비한, 광생물 반응기.5. The method of claim 4,
Wherein the injection port is a zipper or a zipper-back opening / closing device. 제1항에 있어서,
상기 배양용기는 부양수단에 의해 수면 위에 떠 있거나, 침강수단에 의해 수면 아래에 소정의 깊이로 가라앉도록 고안된, 광생물 반응기.The method according to claim 1,
Wherein said culture vessel is designed to float above the water surface by a float means or to sink to a predetermined depth below the water surface by the sedimentation means. 제６항에 있어서,
상기 부양수단은 상기 배양용기에서 연장되어 형성된 공기주입식 튜브 형상인, 광생물 반응기.The method according to claim 6,
Wherein said lifting means is in the form of an air injection tube formed extending from said culture vessel. 제６항에 있어서,
상기 침강수단은 상기 배양용기가 수면 아래 일정한 깊이로 잠겨있도록 배양용기 하부에 연결된 무게추 또는 수중 또는 수저면에 설치된 수중구조물인, 광생물 반응기.The method according to claim 6,
Wherein the sedimenting means is an underwater structure installed in a weight or underwater or a water surface connected to a lower portion of the culture container so that the culture container is submerged at a predetermined depth below the water surface. 제６항에 있어서,
상기 배양용기의 일말단은 상기 부양수단에 연결되고, 타말단은 상기 침강수단에 연결되는, 광생물 반응기.The method according to claim 6,
Wherein one end of the culture container is connected to the lifting means and the other end is connected to the sedimentation means. 제1항에 있어서,
상기 배양용기 내부로 가스를 공급할 수 있는 가스 주입구 및 가스 배출을 위한 가스 배출구를 더 구비하는, 광생물 반응기.
The method according to claim 1,
Further comprising a gas inlet for supplying gas into the culture container and a gas outlet for discharging the gas.
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