KR101360795B1

KR101360795B1 - Surface floating type photobioreactor for mass culturing of microalgae, and microalgae cultivation system

Info

Publication number: KR101360795B1
Application number: KR1020130110832A
Authority: KR
Inventors: 강도형; 이대원
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2014-02-12

Abstract

Disclosed is a surface floating type photobioreactor for culturing microalgae. The surface floating type photobioreactor for culturing microalgae comprises: microalgae cultivation containers including container shaped bodies and lids which close the body; a base plate which is perpendicularly maintained by inserting one or more of the microalgae cultivation container are inserted; and cooling pipes which are installed in the upper end of the microalgae cultivation containers and for collecting cultivation liquid vaporized in the microalgae cultivation containers by coagulating the same. In addition, a microalgae cultivation system including the surface floating type photobioreactor for culturing microalgae can be provided according to the present invention. Also biofuel manufactured from the microalgae which are obtained from the microalgae cultivation system including the surface floating type photobioreactor for culturing microalgae can be provided.

Description

SURFACE FLOATING TYPE PHOTOBIOREACTOR FOR MASS CULTURING OF MICROALGAE, AND MICROALGAE CULTIVATION SYSTEM}

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.The present invention relates to a surface-floating floating photobioreaction apparatus for microalgae cultivation, a microalgae cultivation facility including the apparatus, and a biofuel produced from microalgae, and more specifically, water temperature conditions suitable for culturing microalgae. It is installed floating on the water surface of the area equipped with natural convection using the wave and convection phenomenon without artificial aeration or agitation, and in particular the microalgae by directly using the warm water temperature without installing a temperature control device It relates to a surface layer floating photobiological reaction device for microalgae cultivation for microalgae growth, microalgae cultivation facility comprising the device, and biofuel produced by microalgae obtained from the microalgae cultivation facility.

18 세기 산업 혁명 이후 고도의 산업화로 인해 화석 연료 사용량이 급격하게 증가하였다.Since the 18th century's industrial revolution, fossil fuel consumption has increased dramatically due to the high degree of industrialization.

따라서, 화석 연료의 연소를 통해 발생하는 CO₂가 지속적으로 배출되고 있으며, 계속 증가하고 있기 때문에 지구 온난화 역시 점차 가속화되고 있다.As a result, the global warming is also accelerating as the CO ₂ generated from the burning of fossil fuels continues to be emitted and continues to increase.

이러한 이유로 화석 연료를 대체할 수 있는 지속 가능하고 친환경적인 대체 에너지의 기술 개발이 요청되고 있다.For this reason, there is a demand for developing sustainable and environmentally friendly alternative energy technologies to replace fossil fuels.

여러 가지 대체 에너지 후보 중 최근 각광받고 있는 후보가 바로 제 3 세대 바이오 매스인 해양 미세 조류를 이용한 바이오 에너지 기술이다.Among various alternative energy candidates, the most recent candidate is bio energy technology using marine microalgae, a third generation biomass.

종래, 대체 에너지원으로서의 제 1 세대 바이오 매스는 바이오 에탄올이나 바이오 디젤과 같은 바이오 연료(biofuel)을 얻기 위해서 곡물이나 식물유를 이용하고 있었다.Conventionally, first generation biomass as an alternative energy source has used grains or vegetable oils to obtain biofuels such as bioethanol and biodiesel.

그러나, 이들 제 1 세대 바이오 매스는 식량으로서의 곡물 자원을 사용하고 있었기 때문에 인구 증가에 따른 급격한 곡물 수요와 상충하는 문제점이 있었다.However, since these first generation biomass was using grain resources as food, there was a problem that conflicts with the rapid grain demand caused by population growth.

이 때문에, 폐목재나 식물 등을 포함하는 목질계 바이오 매스로 이루어지는 제 2 세대 바이오 매스가 잠깐 주목을 받았다.For this reason, the second generation biomass consisting of wood-based biomass containing waste wood, plants, etc. has attracted attention for a while.

그러나, 제 2 세대 바이오 매스 역시 원료가 되는 폐목재나 식물 등을 무한정 구할 수 없다는 문제가 있었다.However, the second generation biomass also has a problem that it is not possible to obtain indefinitely the waste wood and plants as raw materials.

더욱이, 제 2 세대 바이오 매스에서 폐목재 등을 이루는 리그린 성분을 전처리하는 공정에서의 에너지 비용이 증가하여 경제성이 떨어진다는 문제점까지 있었다.In addition, there was a problem in that the energy cost in the process of pretreatment of the ligrin component, which constitutes the waste wood, in the second generation biomass was deteriorated, resulting in poor economic feasibility.

이와 같이, 제 1 세대 바이오 매스와 제 2 세대 바이오 매스에서 나타낸 여러 가지 문제점을 해결하기 위한 수요가 있었다.As such, there is a demand for solving various problems shown in the first generation biomass and the second generation biomass.

현재는, 전세계적으로 화석 연료를 대체할 수 있는 차세대 대체 에너지원으로는 제 3 세대 바이오 매스를 염두에 두고 있다.Currently, the next generation of alternative energy sources that can replace fossil fuels worldwide is the third generation of biomass.

여기에서, 제 3 세대 바이오 매스는 담수 또는 해수에서 성장할 수 있는 조류를 의미한다.Here, the third generation biomass means algae that can grow in fresh or sea water.

현재로서는 상기 제 3 세대 바이오 매스를 구성하는 조류는 화석 연료를 대체할 수 있는 유력한 에너지 후보이다.At present, algae making up the third generation biomass are potential energy candidates to replace fossil fuels.

특히, 조류 중에서 거대 조류인 김, 다시마 등은 셀룰로오스 성분을 많이 함유하고 있어 바이오 연료로의 전환이 용이하다는 장점이 있다.In particular, the giant algae laver, kelp, etc. among the algae contains a lot of cellulose component has the advantage of easy conversion to biofuel.

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.Moreover, unlike the second generation wood-based biomass described above, since there is no lignin component, no pretreatment process is required, and thus, it is expected that more economical efficiency can be secured.

한편, 조류 중에서, 특히, 미세 조류는 생장 속도가 빠르고, 지질 성분을 다량 함유하고 있어 바이오 연료를 생산할 수 있는 유력한 후보로 관심을 끌고 있다.On the other hand, among algae, in particular, microalgae grow fast and contain a large amount of lipids, attracting attention as a potential candidate for producing biofuels.

더욱이, 미세조류는 육상의 식물과 마찬가지로 엽록체를 가지고 있기 때문에 대기 중의 CO₂를 흡수하여 산소(O₂)를 생산하는 광합성 생물체라는 특징이 있다.Further, the microalgae is characterized in that to absorb the CO ₂ in the atmosphere because it has the chloroplast, like the terrestrial plant photosynthetic organisms that produce oxygen (O _2).

따라서, 미세 조류는 지구 온난화의 원인 물질인 CO₂를 고정할 수 있기 때문에 나날이 심각해지고 있는 지구 온난화를 감소시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다.Therefore, microalgae are expected to reduce global warming, which is becoming increasingly serious because CO ₂ , which is a cause of global warming, can be fixed.

또한, 이들 해양 미세 조류는 3 대 영양소인 탄수화물, 지방, 단백질 뿐만 아니라 미네랄 및 각종 비타민도 포함하고 있다.In addition, these marine microalgae contain three major nutrients: carbohydrates, fats, proteins, as well as minerals and various vitamins.

특히, 미세 조류 중에서 특정 규조류, 남조류는 지질 함량이 높은 것(30 % 이상)으로 알려져 있다.In particular, certain diatoms and cyanobacteria in microalgae are known to have high lipid content (30% or more).

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.These high-fat microalgae are attracting attention as a sustainable energy source for biofuel production, and because they contain a large amount of carbohydrates as well as lipids, they can be used to produce biofuels, specifically bioethanol. It is expected.

한편, 일반적으로 미세 조류 배양을 위하여 설치되는 온실(green house)은 햇볕이 강하고, 기온이 높은 열대 지역에서 적용하기는 매우 곤란하다.On the other hand, the greenhouse (green house) that is generally installed for microalgae cultivation is very difficult to apply in a tropical region where the sun is strong, the temperature is high.

또한, 지면이 한정되어 있는 대한민국과 같은 작은 나라의 경우에도 미세 조류를 배양하기 위한 대규모의 육상 배양 시설을 설치하는 것 역시 경제적으로 바람직하지 않다.In addition, even in a small country such as the Republic of Korea where the ground is limited, it is also economically undesirable to install a large land culture facility for cultivating microalgae.

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.On the other hand, Korea has favorable conditions for the cultivation of marine microalgae because all three sides of the country are surrounded by the sea, and based on such favorable conditions, it develops efficient marine microalgae cultivation method and establishes the culture system. If so, it is expected to secure national competitiveness in the production of third generation biomass.

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.In particular, the marine microalgae, unlike the first generation and second generation biomass, has the advantage that it can grow two to three times a month because of the rapid growth rate, so unlike the second generation biomass, the biomass is depleted. There is no possibility of a problem to be caused, and thus the problem of supply and demand of biomass, which could not be avoided in the first and second generation biomass, can be solved.

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.In addition, it is possible to cultivate marine microalgae in large quantities by using the vast ocean, and to reduce CO _{2 in} the atmosphere, which is known to be the main cause of global warming. Even a reduction of ₂ can be expected.

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.To date, commercially produced microalgae worldwide include Spirulina sp., Haematococcus sp., And Chlorella sp. Production is known to range from about 5,000 to 10,000 tons.

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.These microalgae are mainly produced for high value-added, food-added or health supplement products, and commercialization of biofuel production using these microalgae is under study.

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.The commercial microalgae described above are mostly produced and marketed in open raceway systems (ORSs) in view of the direct use of sunlight and the low cost of drying.

상기 개방형 배양 시스템에 대해서는 도 1을 참조하여 설명한다.The open culture system will be described with reference to FIG. 1.

도 1은, 종래 기술에 따른 개방형 미세 조류 배양용 배양기의 일례를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view showing an example of an open microalgae culture incubator according to the prior art.

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.According to FIG. 1, the culture system 10 includes a water tank 12 (or a culture tank) and a culture observation path 14 formed in a zig-zag shape in the water tank 12.

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.In FIG. 1, the microalgae culture solution is suspended in the flow path 16 formed between the culture observation paths 14 because the component is deteriorated or it is likely to inhibit the growth of microalgae by accumulating on the bottom at a high concentration. It is preferred to flow along flow 18 and flow 19.

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.As shown in FIG. 1, the culture system 10 shown in FIG. 1 has a disadvantage in that it is vulnerable to invasion of foreign substances from the outside, that is, invasion of biological contaminants, in particular, intrusion of microalgae, which is undesirable.

따라서, 최근의 미세 조류 배양 시스템은 폐쇄형 미세 조류 배양 시스템을 채택하고 있다.Therefore, recent microalgal culture systems have adopted closed microalgal culture systems.

도 2는, 종래 기술에 따른 폐쇄형 미세 조류 배양용 배양기의 다른 일례를 나타낸 단면도이다.Figure 2 is a cross-sectional view showing another example of a closed microalgae culture incubator according to the prior art.

도 2에 따르면, 폐쇄형 배양 시스템(20)은 하나 이상의 배양 용기(22)를 포함하고 있다.According to FIG. 2, the closed culture system 20 includes one or more culture vessels 22.

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.The culture vessel 22 includes a culture solution inlet 24 formed on at least one side, and an outlet 26 for harvesting oxygen or final microalgae generated by culturing the microalgae in the culture medium.

도 2에서, 상기 투입구(24)와 배출구(26)에서의 물질 이동에 대해서는 화살표(→)로 강조하였으며, 상기 물질의 투입에 대해서는 in으로, 배출에 대해서는 out으로 나타내었다.In FIG. 2, the movement of the material at the inlet 24 and the outlet 26 is highlighted by an arrow (→), in the inlet of the material and in the outlet.

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.In FIG. 2, the culture vessel 22 may further include a holder 27 supporting an upper portion thereof and, if necessary, a holder 28 supporting the lower portion thereof.

도 2에서, 필요에 따라서, 배양액을 교반하기 위한 교반기의 구성을 더 설치할 수 있으며, 교반기에 의한 교반에 대해서는 도면 부호 29의 화살표로 나타내었다.In FIG. 2, as needed, the structure of the stirrer for stirring a culture liquid can further be installed, and the stirring by the stirrer is shown with the arrow of 29. As shown in FIG.

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.Since the closed culture vessel 22 shown in FIG. 2 has the advantage of being safe from invasion of foreign matter (biological contaminants), such a closed culture system has been widely adopted.

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.Most commercial microalgae production systems selectively employ open or closed photobioreactor and / or fermentors (PBRFs), depending on the nature of the person implementing the system.

이들 두 시스템은 각각 장점과 단점이 있다.Each of these two systems has advantages and disadvantages.

폐쇄형 배양 시스템은, 개방형 배양 시스템과 비교하여 초기 설치 비용이 훨씬 많이 들지만 실제적인 상업적 생산 능력은 개방형 배양 시스템의 경우보다 더 높다.Closed culture systems have a much higher initial installation cost compared to open culture systems, but the actual commercial production capacity is higher than that of open culture systems.

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.However, in the conventional microalgae cultivation system, the third generation biomass is not commercialized and industrialized due to the unavoidable difference in production cost compared to the existing first generation and second generation biomass. It was not easy.

즉, 폐쇄형 배양 시스템의 경우, 초기 비용 및 운영 비용을 저감하기 위한 기술적 장벽이 있다고 볼 수 있다.That is, in the case of a closed culture system, there may be technical barriers to reduce initial costs and operating costs.

따라서, 미세 조류를 이용하여 바이오 연료를 생산하기 위해서, 새로운 구조를 갖는 저렴한 배양기 또는 배양 장치를 개발할 필요가 있었다.Therefore, in order to produce biofuel using microalgae, it was necessary to develop an inexpensive incubator or culture apparatus having a new structure.

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.Patent Literature 1, which belongs to the prior art document, gradually lowers the nuclear power generation water reaching 45-60 ° C to 30 ° C, which is the growth temperature of the microalgae, and adds only essential growth nutrients to the hot water, thereby phasing marine microalgae in phases. A method of mass culturing marine microalgae has been disclosed.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0032954호 (2010년03월29일 공개)(발명의 명칭: "원자력 발전 배출수를 이용한 해양 미세 조류의 배양 방법")Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0032954 (published March 29, 2010) (name of the invention: "cultivation method of marine microalgae using nuclear power effluent")

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.Therefore, the present invention is a surface layer floating photomicroorganism for microalgae cultivation capable of cultivating microalgae without directly incubating the incubator or cultivation device in fresh water or seawater, which has virtually no spatial constraints, rather than a land having a narrow space. It is an object to provide a reaction device.

또한, 본 발명은, 상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to provide a microalgae culture facility including the surface layer floating photobiological reaction device for microalgae culture.

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.Another object of the present invention is to provide a biofuel produced from microalgae obtained from the microalgae cultivation facility including the surface algae floating photobiological reaction apparatus for microalgae cultivation.

또한, 본 발명은, 상기 바이오 연료를 경제적으로 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to economically provide the biofuel.

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.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem (s) mentioned above, and other object (s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

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.In order to solve the above problems, in accordance with a preferred embodiment of the present invention, the surface layer floating type photobiological reaction apparatus for microalgae culture, the microalgae culture vessel consisting of a cylindrical body and a lid for closing the body; A base plate into which one or more microalgal culture vessels are inserted and held vertically; And a cooling tube installed at an upper end of the microalgae culture vessel, for condensing and recovering the culture solution evaporated in the microalgae culture vessel.

여기에서, 상기 베이스 플레이트는, 부력을 갖는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the base plate has buoyancy.

또한, 상기 미세 조류 배양 용기는, 햇빛이 투과될 수 있도록 투명한 것이 바람직하다.In addition, the microalgae culture vessel is preferably transparent so that sunlight can pass through.

또한, 상기 베이스 플레이트의 하부에는, 무게 중심 유지를 위한 부력 보상재가 더 설치되어 있을 수 있다.In addition, the lower portion of the base plate, a buoyancy compensation material for maintaining the center of gravity may be further installed.

또한, 상기 뚜껑에는, 온도 센서, 염분 센서, pH 센서, 산소 센서, 또는 이산화탄소 센서 중의 하나 이상의 센서가 더 설치되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that at least one sensor of a temperature sensor, a salinity sensor, a pH sensor, an oxygen sensor, or a carbon dioxide sensor is further installed on the lid.

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.In addition, the lid, it is preferable that the carbon dioxide and the culture solution injection valve for culturing the microalgae, and the oxygen collection valve for trapping the oxygen generated by the microalgae is further formed.

또한, 상기 냉각관은, 상기 미세 조류 배양 용기의 상단을 1 회전 이상 회전하면서 감겨 있는 것이 바람직하다.In addition, the cooling tube is preferably wound while rotating the upper end of the microalgae culture vessel by one or more rotations.

또한, 상기 부력 보상재는, 담수 또는 해수의 밀도 보다 밀도가 낮은 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the buoyancy compensator has a lower density than the density of fresh water or seawater.

또한, 상기 부력 보상재는, 안정적인 부상을 위해서 역삼각형의 형상으로 형성되어 있을 수 있다.In addition, the buoyancy compensation material, it may be formed in the shape of an inverted triangle for a stable rise.

또한, 상기 냉각관의 입구측으로 담수 또는 해수가 유입되어, 상기 냉각관의 출구측으로 상기 담수 또는 상기 해수가 배출되는 것이 특히 바람직하다.In addition, it is particularly preferable that fresh water or sea water flows into the inlet side of the cooling tube, and the fresh water or sea water is discharged to the outlet side of the cooling tube.

여기에서, 상기 담수 또는 상기 해수의 유입 및 배출은, 순환 펌프에 의해서 수행될 수 있다.Here, the inflow and discharge of the fresh water or the sea water may be performed by a circulation pump.

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.In order to solve the above problems, according to another preferred embodiment of the present invention, a microalgae culture facility including the above-described surface layer floating photobiological reaction apparatus for microalgae culture may be provided.

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.In order to solve the above problems, according to another preferred embodiment of the present invention, there is further provided a biofuel produced by the microalgae obtained from the microalgae culture facility comprising the surface-floating floating photobiological reaction apparatus for microalgae culture described above. Can be.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and the accompanying drawings.

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.Advantages and / or features of the present invention and methods for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is defined only by the scope of the claims.

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.Throughout the specification, the same reference numerals refer to the same components, and the size, position, and coupling relationship of each component constituting the invention may be exaggerated to some extent to clearly convey the spirit of the present invention. It should be noted that it may be.

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.According to the present invention, microalgae can be cultured in large quantities on fresh or sea level where there is no restriction in place, and the energy required is also reduced because the forced circulation of the culture solution is not required, and thus economical microalgae can be cultured. In addition, biofuels can be obtained at low cost from the microalgae.

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.1 is a perspective view showing an example of an open microalgae culture incubator according to the prior art.
Figure 2 is a cross-sectional view showing another example of a closed microalgae culture incubator according to the prior art.
3 is a plan view of the surface-floating floating photobiological reaction apparatus for culturing microalgae according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a plan view of the surface-floating floating photobiological reaction apparatus for culturing microalgae according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a plan view of one of the reactors constituting the surface layer floating photobiological reaction apparatus for microalgae cultivation according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 6 is a side cross-sectional view showing the operation of one of the reactors constituting the surface layer floating photobiological reaction device for microalgae culture according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the yield of biomass according to the number of days of experiment of microalgae obtained using the surface layer floating photobiological reaction device for microalgae culture according to a preferred embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the surface layer floating photobiological reaction apparatus for microalgae cultivation according to a preferred embodiment of the present invention, microalgae cultivation facility comprising the device, and biofuel produced from microalgae Is as follows.

먼저, 본 발명의 발명자들은, 상술한 바와 같이, 설치 장소의 협소와 에너지 낭비를 최소화하여 미세 조류를 배양 성장시킬 수 있는 방법을 모색하였다.First, the inventors of the present invention, as described above, sought a method that can be cultured and grown microalgae to minimize the narrowing and energy waste of the installation site.

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.As a result, microalgae cultivation experiments were carried out by installing floating microalgae cultivation facilities on rivers, lakes, or seas, rather than on land, resulting in relatively higher levels of microalgae than laboratory cultures in stable environments on land. It was found that it showed growth and thus more effective biomass yield.

따라서, 본 발명의 발명자들은, 표층 부유형 광생물 반응 장치의 구성을 이용하는 경우, 바이오 매스 수득률이 높으면서도 매우 경제적으로 미세 조류의 배양이 가능함을 확인하였다.Therefore, the inventors of the present invention confirmed that, when using the configuration of the surface-floating floating photobiological reaction apparatus, the microalgae can be cultured very economically with high biomass yield.

도 3은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치의 평면도이다.3 is a plan view of the surface-floating floating photobiological reaction apparatus for culturing microalgae according to a preferred embodiment of the present invention.

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.According to FIG. 3, the surface layer floating photobiological reaction apparatus for culturing microalgae according to an exemplary embodiment of the present invention includes a base plate 30 formed in a substantially circular shape, and a plurality of the base plate 30 formed on the base plate 30. It may be composed of a plurality of microalgae culture vessel 32, 34, and 36 inserted into the microalgae culture vessel insertion hole of.

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.The base plate 30 is preferably formed of a buoyant material, the base plate 30 is preferably lower than the density of fresh water or sea water is preferably configured to be floating in the surface layer of fresh or sea water at all times. .

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.In Figure 3, each of the compartments A, B, C shown in the lower portion of the base plate 30 represents each growth step of the container for microalgae culture, specifically, A is a step in which the culture of microalgae is started, B Represents a step in which the microalgae cultivation is somewhat advanced, and C represents a step in which the microalgae cultivation and growth are almost completed to be harvested.

도 3에서는, 도면의 좌측에서 우측으로 시간의 흐름을 나타내었으나, 도면의 우측에서 좌측으로, 또는 도면의 상측에서 하측으로, 또는 도면의 하측에서 상측으로 시간의 흐름을 나타내어도 무방하다.In FIG. 3, the flow of time is shown from the left side to the right side of the drawing, but the flow of time may be shown from the right side to the left side of the drawing, from the top side to the bottom side of the figure, or from the bottom side to the top side of the figure.

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.The microalgae culture vessels (32, 34, and 36) is preferably a transparent and light material so that sunlight can penetrate well, and also the material that the cultured microalgae is not easily attached (for example, PC, PET, acrylic material, etc.) More preferably.

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.The microalgae culture vessels 32, 34, and 36 should be light, durable and resistant to abrasion, and are particularly preferred as long as they do not have a significant amount of heat or strong sunlight.

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.In addition, the microalgae culture vessel (32, 34, 36) is preferably a structure capable of natural agitation by the convection phenomenon in the culture vessel, which is shown by reference numeral 43 in FIG. Will be described later with reference to the configuration of FIG.

다음으로, 도 4는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치의 평면도이다.Next, FIG. 4 is a plan view of the surface-floating floating photobiological reaction apparatus for culturing microalgae according to an exemplary embodiment of the present invention.

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.According to a preferred embodiment of the present invention shown in Figure 4, the surface layer floating photobiological reaction device 40 for microalgae culture, the base plate 30, which is located on the surface water surface of fresh water or sea water 41, the base It may consist of a plurality of microalgae culture vessels 32, 34, and 36 inserted into a plurality of microalgae culture vessel insertion holes (eg, reference numeral 44) formed in the plate 30.

상기 다수의 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36) 내에는 미세 조류와 배양액이 혼합된 미세 조류 혼합체(45)가 충전되어 있는 것이 바람직하다.In the plurality of microalgae culture vessels 32, 34, and 36, the microalgae mixture 45 in which the microalgae and the culture solution are mixed is preferably filled.

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.The plurality of microalgae culture vessels 32, 34, and 36 constituting the surface-floating floating photobiotic reaction device 40 for microalgae cultivation of FIG. 4 are similar to those of steps A, B, and C of FIG. 3. It is preferable that they are installed separately in stages.

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.Alternatively, by rotating the surface-floating floating photobiological reaction device 40 for microalgae culture in the state suspended in the surface layer, the culture of all the microalgae in the plurality of microalgae culture vessels (32, 34, 36) and You can also try to keep your growth constant.

이 경우, 미세 조류의 수확 시기가 일정해질 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.In this case, it can be expected that the harvest time of the microalgae can be constant.

이를 위해서, 상기 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40)를 회전시키기 위한 회전 모터(미도시)의 구성을 더 채택할 수도 있다.To this end, a configuration of a rotating motor (not shown) for rotating the surface-floating floating photobiotic reaction device 40 for microalgae culture may be further adopted.

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.The power for the rotation of the rotary motor, the configuration of the solar cell (not shown) and the storage battery (not shown) further formed on one side of the surface layer floating photobiological reaction device 40 for microalgae culture is further added. Can be.

이때, 상기 태양 전지와 축전지는 상기 다수의 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)에 그림자가 생기지 않도록 배치되는 것이 더욱 바람직하다.At this time, the solar cell and the storage battery is more preferably disposed so that the shadow does not occur in the plurality of microalgae culture vessel (32, 34, 36).

도 4에 따르면, 상기 다수의 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)는 뚜껑(46)을 더 포함할 수 있다.According to FIG. 4, the plurality of microalgae culture vessels 32, 34, and 36 may further include a lid 46.

상기 뚜껑(46)의 구성에 따르면, 상술한, 생물 오염원의 침입을 적극적으로 회피할 수 있다.According to the structure of the said lid 46, the invasion of a biological pollutant mentioned above can be actively avoided.

여기에서, 상기 뚜껑(46)에는, 온도 센서, 염분 센서, pH 센서, 산소 센서, 또는 이산화탄소 센서 중의 하나 이상의 센서가 더 설치되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that at least one sensor of the temperature sensor, the salinity sensor, the pH sensor, the oxygen sensor, or the carbon dioxide sensor is further installed on the lid 46.

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.Temperature, salinity, pH, oxygen or carbon dioxide can be very important culture growth regulators in the growth of microalgae, so that these values can be quickly identified to effectively control microalgae growth conditions. For sake.

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.In addition, it is preferable that the lid 46 is further provided with a carbon dioxide and a culture solution injection valve 48 for culturing the microalgae, and an oxygen collecting valve 47 for collecting the oxygen generated by the microalgae. Do.

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.The carbon dioxide and culture medium injection valve 48 is a valve for injecting carbon dioxide and culture medium for smooth cultivation of microalgae in the microalgae culture vessels 32, 34, and 36.

상술한 바와 같이, 미세 조류는 이산화탄소를 엽록체에 의해서 산소로 변환시키기 때문에 배양 및 성장에 있어서 이산화탄소의 공급은 필수적이다.As described above, microalgae convert carbon dioxide into oxygen by chloroplasts, so the supply of carbon dioxide is essential for culture and growth.

마찬가지로, 상기 미세 종류의 성장에 있어서, 배양 및 성장을 위한 배양액 역시 미세 조류의 원활한 배양 및 성장을 위해서 필수적임을 잘 알 것이다.Similarly, it will be appreciated that in the growth of the fine kind, the culture solution for culture and growth is also essential for the smooth culture and growth of the microalgae.

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.As described above, microalgae release oxygen through cultivation and growth, and if this oxygen remains in the microalgal culture vessels 32, 34, and 36, it may adversely affect the culture and growth of microalgae. It is particularly preferable that an oxygen collecting valve 47 is further provided for collecting and discharging the oxygen.

상기 이산화탄소 및 배양액 주입 밸브(48) 및 상기 산소 포집 밸브(47)에 대해서는 도 6을 참조하여 후술한다.The carbon dioxide and culture medium injection valve 48 and the oxygen collection valve 47 will be described later with reference to FIG. 6.

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.In FIG. 4, below the base plate 30, a buoyancy compensating material 42 serving as a central weight for maintaining the overall center of gravity of the surface layer floating type photobiological reaction device 40 for microalgae culture is provided. It is preferable to install more.

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.In this case, the buoyancy compensating material 42 is not directly fixed to the base plate 30, but instead of the microalgal culture vessels 32, 34, and 36 fixedly disposed on the base plate 30. It is preferable to be installed in close contact with the lower part.

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.That is, the buoyancy compensator 42 is a microalgae mixture 45 mixed with microalgae and the culture solution in the microalgae culture vessels (32, 34, and 36) fixed to the base plate 30 is fresh water or seawater Agitation by natural convection due to the temperature difference of (see reference numeral 43 in FIG. 4) can be arranged to enable.

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.The agitation is performed using a conventional stirrer because the surface-floating floating photobiological reaction device 40 for microalgae culture is located on the surface layer of fresh water or seawater, and furthermore, microalgae culture vessels 32, 34, and 36 are used. Since it is practically difficult, it is highly desirable to achieve by natural convection due to the temperature difference of fresh water or sea water.

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.In this case, an upward flow occurs due to the influence of relatively hot fresh water or seawater, and as a result of the continuous reaction thereof, a rotating flow may occur in the microalgal culture vessels 32, 34, and 36.

상기 상대적으로 뜨거운 담수 또는 해수는 연중 27 ~ 30 °C 범위로 유지되는 것이 바람직하며, 이를 위해서는 열대 지방인 것이 특히 바람직하다.The relatively hot fresh water or seawater is preferably maintained in the range of 27 ~ 30 ° C throughout the year, for this purpose it is particularly preferred that the tropics.

상기 상대적으로 뜨거운 담수 또는 해수 온도를 직접 이용하게 된다면, 미세 조류를 더욱 효과적으로 배양할 수 있다.If the relatively hot freshwater or seawater temperature is directly used, microalgae can be cultured more effectively.

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.On the other hand, there is a need for a configuration that can block the excessive evaporation of the culture medium for culturing the microalgae in a natural environment in the air temperature range of 29 ~ 35 ° C, this is the cooling tube (see FIGS. 54, 5 and 6) It will be described later with reference to the configuration.

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.In order to obtain the relatively hot fresh water or seawater, it is also possible to use a hot surface water directly from the tropics, or a hot water discharged from a power plant in the temperate or high latitudes of 7 to 8 degrees higher than the general ambient water temperature.

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.In particular, when using the hot water discharged from the power plant, the geographical disadvantage of not having a high water temperature can be overcome to a large extent, so that the microalgae in temperate regions, or even in remote regions, which have previously been virtually impossible to cultivate microalgae, have been Additional benefits can be expected from the fact that it can be cultured 24/7.

도 4에 도시한 흐름은 일례임을 알아야 한다.Note that the flow shown in FIG. 4 is an example.

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.That is, the flow may occur in other directions, and may appear as a branched flow rather than a single flow in the microalgal culture vessels 32, 34, and 36.

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.In order to ensure natural convection of the microalgae mixture 45 in which the microalgae and the culture solution are mixed, the microalgae culture vessels 32, 34, and 36 may have fresh water or seawater ( It is particularly preferable to be submerged in 41).

상기 침잠 깊이는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36) 높이의 절반 정도이면 바람직하다.The depth of immersion is preferably about half of the height of the microalgal culture vessels 32, 34, and 36, as shown in FIG.

상기 부력 보상재(42)는, 상기 베이스 플레이트(30)와 마찬가지로, 담수 또는 해수의 밀도 보다 밀도가 낮은 소재로 형성되는 것이 바람직하다.Like the base plate 30, the buoyancy compensator 42 is preferably formed of a material having a lower density than the density of fresh water or seawater.

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.However, in this case, when the flotation force due to the difference in density between the fresh water or the seawater of the buoyancy compensator 42 is excessively excessive, there is a fear of conducting or overturning the surface-floating floating photobiotic reaction device 40 for microalgae culture. Therefore, the density of the buoyancy compensator 42 and the base plate 30, that is, the flotation force is preferably determined in advance appropriately.

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.On the other hand, the buoyancy compensation material 42, the inverted triangular shape for the stable floating of the surface algae floating photobiological reaction device 40 for microalgae culture containing the microalgae culture vessels (32, 34, and 36) It is preferable to form.

이 경우, 상기 부력 보상재(42)를 포함하는 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치(40) 전체의 구성이 역삼각형 형상으로 형성되면 더욱 바람직하다.In this case, it is more preferable that the structure of the entire surface layer floating type photobiological reaction device 40 for microalgae culture including the buoyancy compensating material 42 is formed in an inverted triangle shape.

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.Alternatively, in order to stably float the surface-floating floating photobiological reaction device 40 for microalgae culture including the microalgae culture vessels 32, 34, and 36, the buoyancy compensating material 42 is described above. It will be appreciated that one of ordinary skill in the art may not be limited to the shape of an inverted triangle, but may be formed into a cone, or a simple rectangular shape.

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.In FIG. 4, region X is a power for temperature control of the microalgae culture vessels 32, 34, and 36 of the microalgae culture superficial floating photobiological reaction device 40 and rotation of the above-described rotary motor. The configuration of supply facilities (eg solar cells and accumulators, not shown) may be further added.

이때, 상술한 바와 같이, 이들 추가된 설비는 상기 다수의 미세 조류 배양 용기(32, 34, 및 36)에 그림자가 생기지 않도록 배치되는 것이 바람직하다.At this time, as described above, these additional facilities are preferably arranged so that the plurality of microalgae culture vessels 32, 34, and 36 do not cause shadows.

다음으로, 도 5는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이루는 반응기 중의 하나의 평면도이다.Next, FIG. 5 is a plan view of one of the reactors forming the surface-floating floating photobiotic reaction apparatus for culturing microalgae according to one preferred embodiment of the present invention.

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.According to Figure 5, according to one embodiment of the present invention, one of the reactors constituting the surface layer floating photobiological reaction apparatus for microalgae culture, the microalgae culture vessel 52, the microalgae culture vessel 52 It includes a lid 46 for closing the microalgae culture vessel 52 in the upper portion, the carbon dioxide and culture solution injection valve 48 and the oxygen collection valve 47 formed on the lid 46.

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.The microalgal culture vessel 52 is the same microalgal culture vessel as the microalgal culture vessels 32, 34, and 36 shown in FIGS. 3 and 4.

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.At the upper end of the microalgae culture vessel 52 shown in FIG. 5, a cooling tube 54 for condensing and recovering the culture solution evaporated in the microalgae culture vessel 52 is provided.

상기 냉각관(54)의 구성에 따르면, 미세 조류 배양 용기(52) 내의 배양액의 증발량이 최소화될 수 있다.According to the configuration of the cooling tube 54, the amount of evaporation of the culture solution in the microalgal culture vessel 52 can be minimized.

상기 냉각관(54)은, 원형으로 형성되어 있는 것이 바람직하며, 그 바람직한 단면 형상은 도 6에 나타내었다.It is preferable that the said cooling pipe 54 is formed circularly, The preferable cross-sectional shape is shown in FIG.

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.5, an inlet 56 into which fresh water or sea water flows into one side of the cooling tube 54, and the fresh water or sea water flows out to the other side corresponding to the inlet 56 of the cooling tube 54. The outlet 58 is formed.

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.The inflow and outflow of the fresh water or the seawater may be performed by a circulation pump operated by electric power from the above-described power supply facilities (eg, solar cells and storage batteries, not shown).

상기 유입구(56)와 유출구(58)는, 각각, 대응하여 담수 또는 해수의 유입 흐름(57)과 담수 또는 해수의 유출 흐름(59)을 나타내었다.The inlet 56 and outlet 58 correspond to the inflow stream 57 of fresh or seawater and the outflow stream 59 of fresh or seawater, respectively, correspondingly.

이때, 상기 유입구(56) 측의 유입 흐름(57)의 온도는 상기 유출구(58) 측의 유출 흐름(59)의 온도보다 낮도록 설정되는 것이 바람직하다.At this time, the temperature of the inlet flow 57 on the inlet port 56 side is preferably set to be lower than the temperature of the outlet flow 59 on the outlet port 58 side.

이를 위해서, 상기 냉각관(54) 내의 담수 또는 해수의 온도를 제어하기 위한 온도 센서(미도시)가 더 설치될 수 있다.To this end, a temperature sensor (not shown) for controlling the temperature of fresh water or seawater in the cooling pipe 54 may be further installed.

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.Next, Figure 6 is a side cross-sectional view showing the operation of one of the reactors constituting the surface-floating floating photobiological reaction device for microalgae culture according to a preferred embodiment of the present invention.

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.6, one of the reactors constituting the surface layer floating photobiological reaction apparatus for microalgae cultivation according to one preferred embodiment of the present invention is a cooling tube 54 installed on the top of the microalgae culture vessel 36. ), The composition of the carbon dioxide and the culture medium injection valve 48 inserted into the microalgae mixture 45 in which the microalgae and the culture solution are mixed in the microalgae culture vessel 36, and the microalgae culture vessel 36 And a configuration of an oxygen collection valve 47 for collecting oxygen generated by the microalgae from the microalgae mixture 45 in which the microalgae and the culture solution are mixed.

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.6, it can be seen that the cooling tube 54 is installed at the upper end of the microalgae culture vessel 36, and is wound while rotating the upper end of the microalgae culture vessel 36 by one or more rotations.

다르게는, 상기 냉각관(54)은 미세 조류 배양 용기(36)의 상단을 감싸는 구조일 수도 있다.Alternatively, the cooling tube 54 may have a structure surrounding the top of the microalgae culture vessel 36.

이 경우에는, 상기 냉각관(54)은 상기 미세 조류 배양 용기(36)의 상단을 덮어 씌우는 캡(cap)의 형태로 구현될 수도 있다.In this case, the cooling tube 54 may be implemented in the form of a cap covering the upper end of the microalgae culture vessel 36.

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.That is, the cooling tube 54 condenses and recovers the culture solution evaporated from the microalgae mixture 45 in which the microalgae and the culture medium are mixed in the microalgae culture vessel 36 at the top of the microalgae culture vessel 36. It is for the configuration.

상기 냉각관(54)으로의 담수 또는 해수의 유입에 대해서는 도 5를 참조하여 설명한 바와 같다.The introduction of fresh water or seawater into the cooling pipe 54 is as described with reference to FIG. 5.

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.6, the lid 46 covering the upper portion of the microalgae culture vessel 36 includes a carbon dioxide and culture medium injection valve 48 for culturing the microalgae, and an oxygen collection valve for capturing oxygen generated by the microalgae. It can be seen that 47 is further formed.

상술한 바와 같이, 상기 뚜껑(46)에는 미세 조류의 안정적 배양 및 성장을 위해서 각종 센서가 더 구비되어 있을 수 있다.As described above, the lid 46 may be further provided with various sensors for the stable culture and growth of microalgae.

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.In FIG. 6, it can be seen that the lower end 49 of the carbon dioxide and culture medium injection valve 48 extends downward to about half the height of the total height of the microalgae mixture 45 in which the microalgae and the culture medium are mixed.

이는 상기 미세 조류와 배양액이 혼합된 미세 조류 혼합체(45) 내로 이산화탄소 및 배양액을 더욱 효과적으로 주입하기 위해서이다.This is to inject the carbon dioxide and the culture solution more effectively into the microalgae mixture 45 in which the microalgae and the culture solution are mixed.

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.On the other hand, the oxygen collection valve 47 for collecting the oxygen generated by the microalgae may collect the oxygen through the oxygen collection space 44 formed in the lid 46.

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.At this time, the oxygen collecting space 44 is preferably formed in a funnel shape that becomes narrower from the lower side to the upper side of the lid 46 in order to collect oxygen more smoothly.

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.Finally, Figure 7 is a graph showing the yield of biomass according to the experimental days of the microalgae obtained using the surface-floating floating photobioreaction apparatus for microalgae culture, according to an embodiment of the present invention.

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.Before describing the yield of the biomass shown in Fig. 7, the inventors of the present invention actually fine using the surface layer floating photobiological reaction device 40 for microalgae cultivation according to the preferred embodiment of the present invention described above. The process for obtaining algae, ie biomass, will be briefly described.

배양종 및 배양 환경Culture species and culture environment

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.The microalgae used by the inventors of the present invention in the experiment was Spirulina maxima (KMMCC-1379), Nannochloropsis sp. (KMMCC-177), and Isocrysis galbana (KMMCC-214).

먼저, Spirulina maxima의 배양은 알칼리성 무기 배지인 SOT 배지를 사용하였고, 조성은 표 1과 같다.First, the culture of Spirulina maxima was used SOT medium which is an alkaline inorganic medium, the composition is shown in Table 1.

조성Furtherance 함량 (g/L)Content (g / L) NaHCO₃ NaHCO ₃ 16.8 g16.8 g K₂HPO₄ K ₂ HPO ₄ 0.5 g0.5 g NaNO₃ NaNO ₃ 2.5 g2.5 g K2SO4K2SO4 1.0 g1.0 g NaClNaCl 1.0 g1.0 g MgSO₄·7H₂OMgSO ₄ .7H ₂ O 0.2 g0.2 g CaCl₂·2 H₂OCaCl ₂ · 2 H ₂ O 0.04 g0.04 g FeSO₄·7H₂OFeSO ₄ .7H ₂ O 0.01 g0.01 g Na2EDTANa2EDTA 0.081 g0.081 g A5액A5 amount 1 mL1 mL 증류수Distilled water 1 L1 L

여기에서, 상기 A5액의 조성은 다음 표 2와 같다.Here, the composition of the A5 liquid is shown in Table 2 below.

A5액A5 amount H₃BO₃ H ₃ BO ₃ 2.86 g2.86 g MnSO₄·7H₂OMnSO ₄ .7H ₂ O 2.5 g2.5 g ZnSO₄·7H₂OZnSO ₄ .7H ₂ O 0.222 g0.222 g CuSO₄·5H₂OCuSO ₄ · 5H ₂ O 0.079 g0.079 g Na2MoO₄·2H₂ONa2MoO ₄ 2H ₂ O 0.021 g0.021 g 증류수Distilled water 1 L1 L

다음으로, Nannochloropsis sp.와 Isocrysis galbana 배양은 Conwy 배지를 사용하였고, 그 조성은 표 3과 같다.Next, Nannochloropsis sp. And Isocrysis galbana culture were used Conwy medium, the composition is shown in Table 3.

조성Furtherance 함량 (g/L)Content (g / L) KNO₃ KNO ₃ 0.116 g0.116 g NaEDTANaEDTA 0.045 g0.045 g H₃BO₃ H ₃ BO ₃ 0.0336 g0.0336 g MnCl₂·4H₂OMnCl ₂ .4H ₂ O 0.00036 g0.00036 g ZnCl₂ ZnCl ₂ 0.0021 g0.0021 g CoCl₂·6H₂OCoCl ₂ .6H ₂ O 0.002 g0.002 g (NH₄)₆MoO₇·4H₂O(NH ₄ ) ₆ MoO ₇ 4H ₂ O 0.0009 g0.0009 g CuSO₄·H₂OCuSO ₄ .H ₂ O 0.002 g0.002 g 비타민 B₁ Vitamin B ₁ 0.00002 g0.00002 g 비타민 B₁₂ Vitamin B ₁₂ 0.00001 g0.00001 g Na₂H₂PO₄·2H₂ONa ₂ H ₂ PO ₄ 2H ₂ O 0.02 g0.02 g FeCl₃·6H₂OFeCl ₃ · 6H ₂ O 0.0013 g0.0013 g 증류수Distilled water 1 L1 L

또한, 이들 미세 조류의 배양 환경은 실외 및 실내의 두 그룹으로 나누었으며, 배양은 2 회 반복하여 실시하였다.In addition, the culture environment of these microalgae was divided into two groups, outdoor and indoor, and the culture was repeated twice.

실외 배양은 투명 폴리카보네이트 용기를 사용하였고, 배양 용기가 수면에 떠 있을 수 있도록 부력재를 사용하여 용기를 고정하였다(도 3 참조).For outdoor cultivation, a transparent polycarbonate vessel was used, and the vessel was fixed with buoyant material to allow the culture vessel to float on the water surface (see FIG. 3).

실내 배양에서도 동일한 용기를 사용하였고, 에어 브로워 펌프(air blower pump)를 이용하여 인위적으로 용기 내부의 배양액을 교반시켰다.The same vessel was used in the room culture, and the culture solution inside the vessel was artificially stirred using an air blower pump.

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.The light cycle was maintained at 13 (L): 11 (D) in both outdoor and indoor cultures. Here, L denotes a light condition in which light is provided, and D denotes a dark condition in which light is not provided. Therefore, 13 (L): 11 (D) means that 13 hours of 24 hours a day were maintained under light conditions, and 11 hours were incubated under dark conditions.

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.In the present invention, since the outdoor cultivation uses natural sunlight, the time at which the sun rises becomes the light condition, and the time after the sun becomes the dark condition. Indoor culture was artificially provided with light and dark conditions using a fluorescent lamp.

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.In addition, the initial inoculation was S. maxima Cy 23 (Setchell & Gardner), N. sp KMMCC-177, I. galvana KMMCC-214, 0.0175 g L- ¹ , 0.0650 g L- ¹ , and 0.0677 g, respectively. L- ¹ level.

또한, 실험 기간 동안 실내 배양 조건과 실외 배양 시설에서의 배양수 온도는 26 ~ 33 ℃ 범위 내에서 약 8℃ 정도의 높은 변화폭을 나타내었다.In addition, the temperature of the culture water in the indoor culture conditions and outdoor culture facilities during the experiment period showed a high variation range of about 8 ℃ within the range of 26 ~ 33 ℃.

이때, 염분 및 pH는 실내 및 실외 배양 모두 거의 유사한 조건으로 유지하였다.At this time, salinity and pH were maintained in almost similar conditions for both indoor and outdoor cultures.

S. maxima를 제외한 두 종의 실외 배양 조건하에서 pH 변화는 바이오매스 생산량이 증가함에 따라 유의하게 증가하는 경향을 보였다.Under the two outdoor culture conditions, except for S. maxima , pH changes tended to increase with increasing biomass production.

이하, 표 4에, 실내 배양 조건과 실외 배양 조건에서의, 온도, pH, 염도의 일간 변동 상황을 나타내었다.Hereinafter, Table 4 shows the daily fluctuations of temperature, pH, and salinity in indoor and outdoor culture conditions.

표 4에서, 상단은 실험 일수를 나타내고 있고, 좌측단은 위에서부터 아래로 순서대로, 온도(Temperature), pH, 염도(Salinity)를, 각각의 미세 조류에 대해서 나타내고 있다.In Table 4, the upper part shows the days of experiment, and the left end shows the temperature, pH, and salinity about each microalgae in order from top to bottom.

표 4에서 in과 out(좌측 두번째 컬럼)은 실내 배양 조건과 실외 배양 조건을 나타낸다.In Table 4, in and out (left second column) represent indoor and outdoor culture conditions.

이상의 미세 조류의 배양 조건에 의해서, 수득한 미세 조류의 양(수득률)에 대해서, 도 7을 참조하여 설명한다.The amount (yield) of the obtained microalgae will be described with reference to FIG. 7 under the above culture conditions of the microalgae.

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.Figure 7 is a graph showing the growth and biomass yield of the three species of microalgae cultured using the microalgae culture facility comprising a surface layer floating photobiotic reaction apparatus for microalgae culture according to a preferred embodiment of the present invention as an average value .

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.Comparing the results of indoor and outdoor cultures in a stable environment, it can be seen that the growth and biomass yield of microalgae are relatively higher than that of indoor cultures such as the existing laboratory.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치를 이용하는 경우, 경제적으로 미세 조류를 배양할 수 있음을 확인하였다.Therefore, when using the surface-floating floating photobiotic reaction apparatus for microalgae cultivation according to a preferred embodiment of the present invention, it was confirmed that the microalgae can be economically cultivated.

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.Specifically, the growth patterns of the three types of microalgae are significantly different from 6 to 8 days, and the average growth difference is about 1.3 to 2 times on the 10th day of the end of the experiment.

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.In particular, in case of N. sp , the average biomass difference was 0.63 g / L in the indoor culture condition, but 1.18 g / L, which is about twice that in the outdoor culture condition, was confirmed to be sufficient for industrial use.

일반적으로, 담수에서 성장하는 스피룰리나는 열대 지방의 얕은 수심과 높은 알칼리성의 수질에서 잘 자라는 특징이 있다.In general, spirulina growing in fresh water is characterized by growing well in shallow waters and high alkaline waters in the tropics.

즉, 담수성 스피룰리나는 개방형 배양 시스템에서 배양하는 경우 수득률이 더 높다.That is, freshwater spirulina yields higher when cultured in an open culture system.

이와 반대로, 해수에서 성장하는 미세 조류인 S. maxima의 경우에는 폐쇄형 배양 시스템에서 수득률이 더 높은 경향을 보였다.In contrast, S. maxima , a microalgae growing in seawater, showed higher yields in closed culture systems.

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.According to Figure 7, it can be seen that when using the surface layer floating photobiological reaction apparatus for microalgae culture according to a preferred embodiment of the present invention, the final yield of 1.0 g / L or more, which is industrially and commercially sufficient The level is available.

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.In addition, according to the present invention, in addition to providing the surface-floating floating photobiological reaction device for microalgae cultivation as described above, microalgae cultivation in which one or more surface-floating floating photobiological reaction device for microalgae cultivation can be integrated. Facilities can be provided.

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.In the case of the microalgae cultivation facility, since a plurality of surface layer floating photobiological reaction apparatus for microalgae cultivation can be integrated and constructed, a large amount of microalgae can be obtained at the same time.

여기에서, 상기 미세 조류 배양 시설은, 벌집 형상으로 구성되는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 직사각형이나 정사각형과 같은 다른 기하학적인 형상으로 형성될 수도 있다.Here, the microalgae cultivation facility is most preferably configured in a honeycomb shape, but is not limited thereto, and may be formed in another geometric shape such as a rectangle or a square.

상기 미세 조류 배양 시설은, 상대적으로 협소한 육지가 아니라 담수 또는 해수의 표층에 설치할 수 있으며, 규모의 제약으로부터 비교적 자유롭다는 특징이 있다.The microalgae cultivation facility can be installed on the surface of fresh water or seawater, rather than on relatively narrow land, and is characterized by being relatively free from the constraints of scale.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 미세 조류 배양 시설로부터 대량으로 얻은 미세 조류로부터 생산되는 바이오 연료가 제공될 수 있다.In addition, according to the present invention, a biofuel produced from microalgae obtained in large quantities from the microalgae cultivation facility may be provided.

상기 바이오 연료는 바이오 에탄올 또는 바이오 디젤의 형태가 될 수 있다.The biofuel may be in the form of bioethanol or biodiesel.

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.As mentioned above, the surface-floating floating photobioreaction apparatus for microalgae cultivation, the microalgae cultivation facility including the apparatus, and the biofuel produced from the microalgae, according to some embodiments, have been described. Such descriptions are merely exemplary, and it is well understood that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can implement the present invention by variously modifying the present invention or performing the equivalent of the present invention. Will be doing.

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 : 냉각관30: base plate
32, 34, 36: microalgae culture vessel
40: Surface-floating floating photobiological reaction device for microalgae culture
42: buoyancy compensation
46: lid
47: oxygen collection valve
48: carbon dioxide and culture fluid injection valve
56: (sea water) inlet
58: (sea water) outlet
54: cooling tube

Claims

Microalgae culture vessel consisting of a cylindrical body and a lid for closing the body;
A base plate into which one or more microalgal culture vessels are inserted and held vertically; And
And a cooling tube installed at the top of the microalgae culture vessel and configured to condense and recover the culture solution evaporated in the microalgae culture vessel.

The method of claim 1,
The base plate has a buoyancy, surface layer floating photobiological reaction device for microalgae culture.

The method of claim 1,
The microalgae culture vessel, characterized in that transparent to allow sunlight to pass through, surface layer floating photobiological reaction device for microalgae culture.

3. The method of claim 2,
The lower portion of the base plate, characterized in that the buoyancy compensation material for maintaining the center of gravity is further installed, surface layer floating photobiological reaction device for microalgae culture.

The method of claim 1,
The lid, characterized in that one or more of the temperature sensor, salinity sensor, pH sensor, oxygen sensor, or carbon dioxide sensor is further installed, surface layer floating photobiological reaction device for microalgae culture.

The method of claim 1,
The lid, the carbon dioxide and culture medium injection valve for culturing the microalgae, and the oxygen collection valve for trapping the oxygen generated by the microalgae, characterized in that the surface layer floating light for microalgae culture Bioreactor.

The method of claim 1,
The cooling tube is wound while rotating the top of the microalgae culture vessel by one or more rotations, surface layer floating photobiological reaction device for microalgae culture.

5. The method of claim 4,
The buoyancy compensation material, characterized in that the density is lower than the density of fresh water or sea water, surface layer floating photobiological reaction device for microalgae culture.

5. The method of claim 4,
The buoyancy compensating material, characterized in that formed in the shape of an inverted triangle for stable floating, surface layer floating photobiological reaction device for microalgae culture.

The method of claim 1,
Fresh water or seawater is introduced into the inlet side of the cooling tube, the fresh water or the seawater is discharged to the outlet side of the cooling tube, surface layer floating photobiological reaction apparatus for microalgae culture.

11. The method of claim 10,
Inflow and discharge of the fresh water or the sea water, characterized in that performed by a circulation pump, surface layer floating photobiological reaction device for microalgae culture.

A microalgae culture facility comprising a surface layer floating photobiological reaction device for microalgae cultivation according to any one of claims 1 to 11.

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