KR100622992B1 - 이산화탄소의 저감 및 미세조류의 대량생산을 위한 연속식광반응기 - Google Patents

이산화탄소의 저감 및 미세조류의 대량생산을 위한 연속식광반응기 Download PDF

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Abstract

제 1측면에 따른 본 발명은 미세조류의 생육을 위한 반연속식 또는 연속식 광반응기에 있어서, 반응기내로 미세조류의 생육을 위한 배지를 공급하는 배지 공급부, 배지의 플럭 흐름을 유도하기 위해 반응기 내부에 설치되는 다수의 격벽, 반응기내로 이산화탄소를 공급하는 산기부, 반응기 내부 또는 외부에 설치되어 반응기내에 광을 제공하는 광원을 포함함을 특징으로 하는 이산화탄소의 저감 및 미세조류의 대량생산을 위한 광반응기를 제공한다.
또한, 제 2측면에 의한 본 발명은 미세조류의 생육을 위한 연속식 또는 반연속식 광반응기에 있어서, 반응기내로 미세조류의 생육을 위한 배지를 공급하는 배지공급부, 반응기를 명소와 암소로 구분하고, 상기 명소 또는 암소의 일방에 반응기 내부에서 배지를 상기 명소와 암소를 교대하여 순환시키는 내부순환장치, 반응기내로 이산화탄소를 공급하는 산기부, 반응기 내부 또는 외부에서 반응기내로 광을 제공하는 광원을 포함함을 특징으로 하는 이산화탄소의 저감 및 미세조류의 대량생산을 위한 광반응기를 제공한다.

Description

이산화탄소의 저감 및 미세조류의 대량생산을 위한 연속식 광반응기 {Continuous Photo Bioreactor for Carbon Dioxide Removal and Mass Production of Microalgae}
도 1은 제 1측면에 따른 본 발명의 바람직한 실시예로서 제시되는 광반응기의 구성도
도 2는 제 2측면에 따른 본 발명의 바람직한 실시예로서 제시되는 광반응기의 구성도
도 3은 이산화탄소 농도변화에 따른 미세조류의 성장변화 관찰도
도 4는 본 발명의 제 1측면에 따른 광반응기를 대상으로 수행한 미세조류 배양효율을 측정한 결과 그래프
도 5는 본 발명의 제 2측면에 따른 광반응기를 대상으로 수행한 미세조류 배양효율을 측정한 결과 그래프
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
11,21: 광반응기 12,22: 광원
13,23: 산기부 14: 격벽
15: 가스혼합기 16: 가습기
17,26: 배지공급펌프 24: 내부순환장치
25: 공기 압축기
본 발명은 미세조류를 배양할 수 있는 광반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지구 온난화의 원인인 이산화탄소를 효과적으로 제거함과 동시에, 미세 조류를 대량으로 배양할 수 있는 연속식 광반응기에 관한 것이다.
과학의 빠른 발전으로 인하여 발생한 자연 환경 훼손 등의 부작용에 대하여 지구촌의 관심이 증대하고 있다. 특히, 지구의 평균 기온을 상승시켜 해수면 상승을 초래하고, 엘니뇨 (EL-Nino) 현상과 같은 이상 기후의 발생을 증가시키고 있는 지구 온난화 현상에 많은 관심이 모아지고 있다. 지구 온난화는 대기 중에 존재하는 온실 효과 가스 (Greenhouse effect gas)가 주범인 것으로 알려져 있는데, 대표적인 온실 효과 가스에는 CO2, N2O, CH4 등이 있고, 이들 중 화석 연료의 연소에서 대량 발생하는 이산화탄소가 가장 큰 영향 (전체의 55％ 이상)을 주고 있는 것으로 알려져 있다. 한편, 1994년 3월 "기후변화협약 (FRAME WORK CONVENTION on CLIMATE CHANGE)"이 발효된 이후로 이산화탄소 배출량 감축을 위한 국제적 논의가 진행되고 있으며, 배출되는 이산화탄소를 효율적으로 제어 및 제거할 수 있는 기술 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 우리 나라의 경우는 전체 연료 사용량 중 화석 연료 의존도가 90％에 가까우며 온실가스 배출이 세계 배출량의 1.8％ (1997년 세계 11위)로서 꾸준히 증가하고 있는데, 2010년 이산화탄소 배출량이 1990년도 보다 약 7％가 증가할 것으로 예상되어, OECD 가입국으로서 이산화탄소 배출량을 감축하는 국가적이고, 광범위한 조치의 시행이 불가피한 상황이다.
산업 활동에 저해를 일으키지 않고 이산화탄소를 제어하는 방법으로는 물리·화학적 제어 방법, 생물학적 고정화 방법, 해양 저장법 등이 사용되고 있는데, 생물학적 방법은 자연계의 탄소 순환을 이용하는 것으로 가장 환경 친화적인 방법으로 알려져 있으며 1980년대 중반 이후로 일본 및 유럽 등에서 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히 이 방법은 광합성효율이 고등 식물에 비해 우수하고 상온·상압에서 반응이 진행되는 장점을 가지고 있다. 그러나 고농도·대량 배양의 어려움, 광범위한 부지의 필요성, 반응기의 스케일업 (scale-up)으로 인한 고정화 효율 저하, 생산된 바이오매스(biomass)의 처분 등이 문제점으로 지적되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 고농도·대량 배양이 가능한 반연속식 또는 연속식 배양 시스템의 개발이 필요하며, 광 활용 효율의 저하를 방지하며 장기간 지속적으로 이산화탄소를 고정화할 수 있는 공정의 개발이 필수적이고, 생산된 바이오매스를 적절히 재활용하여 또 다른 폐기물이 생성되는 것을 예방할 수 있어야 한다. 미세조류의 대량 배양을 위한 광반응기 (photo-bioreactor)의 중요한 환경인자로는 광 도, 온도, pH, CO2 농도, 질소, 인 등의 영양 물질이 있는데, 이 중에서 다른 환경 인자보다도 광도에 대한 중요성을 인식하여 미세조류가 필요로 하는 빛을 적절히 공급하기 위한 다양한 연구가 진행되었다.
우리 나라와 비슷한 기후조건을 가진 일본에서는 "The Green Planet Project"라는 프로젝트를 진행하였는데, 통산성 (Ministry of International Trade and Industry) 주도 하에 1989년부터 지구상의 CO2 발생량을 매년 2,000억톤씩 감소시키는 것을 목표로 하고 있다. 세부 연구내용으로는 지구전체의 환경산업과 기술에 관한 정보수집, CO2 고정화, 환경오염 측정 센서 개발, 생분해성 플라스틱의 개발 등이 있으나, 가장 중점을 둔 분야는 박테리아나 조류배양을 통한 CO2의 고정화 방법이라고 할 수 있다. 국외에서는 1990년대 초반부터 일본을 중심으로 생물학적 이산화탄소 고정화의 기초 연구가 많은 연구자들에 의해서 활발하게 전개되었다. 한편, 우리 나라의 광 반응기를 이용한 생물학적 이산화탄소 고정화 기술의 발전은 미국, 일본 등에 비하여 약 10년 정도 뒤쳐져 있는 실정이다. 한편, 이스라엘, 태국과 같이 넓은 부지를 이용하여 대규모로 배양하는 경우에는 고급 기술이 필요하지는 않지만, 우리 나라와 같이 이용할 수 있는 국토면적이 제한된 경우에는 적합하지 않은 방법으로 사료된다. 하기 표 1에는 동일한 양의 이산화탄소를 제거하기 위해 필요한 부지 면적을 바이오매스의 종류에 따라 나타내었다. 이를 참조하면, 미세조류를 이용한 이산화탄소의 고정화방법이 적은 부지를 이용하여 효율적으로 이산화탄소를 제거할 수 있는 방법으로 사료 된다 (Tokyo Electric Company, 일본, 1994).
<표 1> 자연계의 다양한 이산화탄소 고정화 효율
바이오매스 (biomass) 소요 면적 (km2)
소나무 2,100
대형조류 (macroalgae) 900
열대 우림 600
사탕수수 400
미세조류 (microalgae) 140
※ 산정기준: 100MW 석탄화력발전소에서 배출되는 이산화탄소의 90％ 제거
따라서, 우리 나라 실정에 맞는 생물학적 이산화탄소 고정화 공정에서 가장 중요한 연구의 방향은 광합성을 통해 이산화탄소를 고정화하는 미세조류의 고농도 및 대량 기술의 확립에 있다. 하기 표 2에는 여러 종류의 생물학적 이산화탄소 고정화 공정을 비교해 놓았다 (환경부, "이산화탄소의 화학적 및 생물학적 고정화 기술", 1997). 여기서 알 수 있듯이 광섬유 반응기를 사용한 경우가 이산화탄소 고정화 효율은 가장 좋지만 소요 비용이 커서 설치가 어려우며, 연못형 반응기의 경우에는 설치비용은 저렴하지만 넓은 부지가 필요하고 고정화 효율이 낮은 단점이 있다. 따라서 1990년대 이후의 대부분의 연구는 소요되는 비용 및 부지도 적고, 고정화 효율도 높은 관형 반응기를 사용하여 진행되었고, 일부 광섬유 반응기를 사용하여 미세조류를 고농도로 배양한 결과도 보고 되었지만, 설치비 및 운영비용이 비싸고, 대규모 설치가 어려운 문제점이 있어서 아직까지 실용화되지 못하고 있다.
그 결과 지금까지 개발되어진 배양기술들은 공통적으로 미생물이 고농도일 때 반응기내로의 효율적인 빛 공급의 어려움, 반응기의 스케일업 (scale up)으로 인한 효율저하 등의 문제점을 지니고 있었다. 또한 광합성 미생물을 배양할 때 대표적으로 사용하는 방법이 회분식 (batch)과 연속식 (continuous) 배양인데, 회분식 배양의 경우 미세조류가 성장기 (growth phase)를 지나고 나면, 조류의 성장이 정체기 (stationary phase)에 접어들게 되어, 성장기 이후에는 조류에 의한 이산화탄소의 고정화가 거의 이루어지지 않는다. 반면 이러한 단점을 보완할 수 있는 연속, 반연속식 배양의 경우에는 장기간 운전도 가능할 뿐만 아니라, 실질적인 대량 배양이 가능하다. 한편, 이산화탄소를 고정화하고 성장한 미세조류는 적절히 재활용하지 않으면 또 다른 폐기물로 발생되어 환경에 악영향을 끼치게 된다. 따라서 외국에서는 생물연료로 사용하거나 동식물의 사료로 활용하는 방안에 대해서도 활발히 연구가 진행되고 있다. 그러나 아직까지 우리 나라에서는 이산화탄소 고정화에 초점을 두고 고농도 미세조류의 배양을 위한 광 반응기 및 운전 기술 개발에 많은 연구를 수행하였고, 생산된 미세조류의 처리 및 사용에 관해서는 연구가 미진한 상태이다.
<표 2> 이산화탄소 고정화 방법의 효율 비교
반응기 형태 CO2 고정화속도 (g CO2/m2/day) 소요부지 설치비용 운전비용
연못형 (Pond) 40 대규모 거의 없음 낮음
관형 (Tubular) 80 좁은 공간 낮음 높음
광섬유 (Optical fiber) 160 좁은 공간 높음 매우 높음
본 발명은 상기 종래 기술이 지니는 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 주된 목적은 화석연료를 사용하는 산업체에서 발생하는 이산화탄소를 연속식으로 직접 고정화하는 것이 가능하고, 양질의 영양성분과 높은 열량을 함유하고 있어 동물 또는 치어의 사료로서 제공될 수 있는 미세조류 (유글레나 등) 바이오메스를 제공함이 가능한 광반응기를 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 제 1측면에 따른 본 발명은 미세조류의 생육을 위한 연속식 또는 반연속식 광반응기에 있어서, 반응기내로 미세조류의 생육을 위한 배지를 공급하는 배지 공급부, 배지의 플럭 흐름을 유도하기 위해 반응기 내부에 설치되는 다수의 격벽, 반응기내로 이산화탄소를 공급하는 산기부, 반응기 내부 또는 외부에 설치되어 반응기내에 광을 제공하는 광원을 포함함을 특징으로 하는 이산화탄소의 저감 및 미세조류의 대량생산을 위한 광반응기를 제공한다.
또한, 제 2측면에 의한 본 발명은 미세조류의 생육을 위한 연속식 또는 반연속식 광반응기에 있어서, 반응기내로 미세조류의 생육을 위한 배지를 공급하는 배지 공급부, 반응기를 명소와 암소로 구분하고, 상기 명소 또는 암소의 일방에 반응기 내부에서 배지를 상기 명소와 암소를 교대하여 순환시키는 내부순환장치, 반응기내로 이산화탄소를 공급하는 산기부, 반응기 내부 또는 외부에서 반응기내로 광을 제공하는 광원을 포함함을 특징으로 하는 이산화탄소의 저감 및 미세조류의 대량생산을 위한 광반응기를 제공한다.
제 2측면에 따른 본 발명은 바람직하게는 상기 내부순환장치가 체인 스크레 이퍼인 광반응기를 제공한다.
제 1 및 제 2측면에 따른 본 발명은 바람직하게는 상기 산기부에서 공급되는 이산화탄소의 농도가 0.035∼15％(V/V)인 광반응기를 제공한다.
제 1 및 제 2측면에 따른 본 발명은 바람직하게는 상기 반응기내의 수리학적 체류시간은 3∼10일로 정해지는 광반응기를 제공한다.
제 1 및 제 2측면에 따른 본 발명은 바람직하게는 상기 산기부가 반응기의 하부에 설치되어지는 광반응기를 제공한다.
이하, 본 발명의 내용을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로서 제시되는 제 1측면에 따른 광반응기의 구성도로서, 광반응기(11)는 광원(12), 산기부(13), 격벽(14), 가스혼합기(15), 가습기(16), 배지공급수단인 배지공급펌프(17)를 포함하고 있다.
배양되어지는 미세조류는 양질의 영양성분과 높은 열량을 함유하고 있어 동물 또는 치어의 사료로서 활용이 가능한 종인 한 특별한 한정을 요하지는 아니하나, 바람직하게는 유글레나가 좋다.
광원(12)은 광반응기(11)의 내부로 광을 전달할 수 있으면 충분하고, 특정한 위치에 둘 것을 요하지는 아니한다. 따라서, 광반응기(11)의 내부 또는 외부의 어느 위치에 설치되어도 무방하다. 또한, 광원은 자연광원 또는 인공광원이어도 무방하지만, 인공광원이 상기 반응기에는 보다 적합하고 이의 예로는 식물 재배용 형광램프가 있다.
산기부(13)는 가습기(16)를 통과한 이산화탄소를 포함하는 가스를 반응기 내 부로 공급하는 부위이며, 바람직하게는 광반응기(11)의 하부에 설치하여 미세조류가 침전되는 것을 방지하는 것이 좋다. 가습기(16)를 두는 이유는 혼입되는 공기가 100％ 습도로 포화되어 광반응기에 공급되었을 때 배지를 증발시키는 것을 방지하여 줄 수 있기 때문에서이다.
격벽(14)는 광반응기(11)의 내부에 일정간격으로 설치되며, 배지펌프(17)로부터 공급되는 배지가 상기 광반응기의 내부에서 원활한 플럭 흐름 (plug flow)을 유도한다.
도 1을 참조하여 광반응기의 동작을 설명하면 다음과 같다. 배지는 배지공급 펌프(17)로부터 반응기의 내부로 유입되며, 배지의 흐름은 격벽(14)에 의해 유도되어 원활하게 반응기 내부를 흐르게 된다. 이때 배지의 흐름속도는 미세조류가 광반응기내에 머무르는 수리학적 체류시간(HRT)이 3∼10일 범위내에 위치하도록 조절하는 것이 바람직하다.
배지의 조성은 배양에 제공되는 구체적인 미세조류에 따라 상이할 수 있다. 본 발명에 의하면 미세조류로서 유글레나 글라실리스 (Euglena gracilis Z)가 사용되는 경우, 최적의 배지조성으로서 하기 표 3의 수정된 크라머-마이어(Cramer-Myers) 배지가 선정되었다.
<표 3> 배지조성
성분 농도(g/ℓ) 광물 및 비타민 농도(mg/ℓ)
(NH4)2SO4 1.0 Fe2(SO4)3ㆍ7H2O 3.0
KH2PO4 1.0 MnCl2ㆍ4H2O 1.8
MGSO4ㆍ7H2O 0.2 CoSO4ㆍ7H2O 1.5
CaCl2ㆍ2H2O 0.02 ZnSO4ㆍ7H2O 0.4
EDTA-3Naㆍ2H2O 0.8 Na2MoO4ㆍ2H2O 0.2
- - CuSO4ㆍ5H2O 0.02
- - 비타민 B1 0.1
- - 비타민 B12 0.0005
초기 미세조류의 접종은 특별한 한정을 요하지는 아니하나, 본 발명에서는 별도로 준비된 예비 배양조에서 2주간 배양하여 광반응기 내 총 배지 부피의 3∼5％로 식종되었다.
이산화탄소는 산기부(13)를 통해 광반응기 내부로 전달된다. 이산화탄소는 미세조류의 배양만을 목적으로 하는 경우에는 순수한 이산화탄소를 공급하고, 배기가스 중의 이산화탄소를 처리하고자 하는 목적을 수반하는 경우에는 배기가스 등에포함된 이산화탄소(CO2)가 이용될 수 있다.
이산화탄소와 공기가 각각의 유량계를 거쳐 가스혼합기(15)로 공급되며, 혼합된 가스는 유량계를 거쳐 가습기(16)로 공급된다. 가습기(16)에서 공급되는 이산화탄소의 농도는 바람직하게는 0.035∼15％(V/V), 보다 바람직하게는 8∼12％(V/V)의 범위가 되도록 유량계 또는/및 가스혼합기에서 조절되어질 수 있다.
미세조류의 배양시에 요구되는 광도는 사용되는 구체적인 미세조류에 따라 상이할 수 있다. 대부분의 미세조류에 대하여 적합한 광도는 이미 "이산화탄소의 화학적 및 생물학적 고정화 기술"(환경부, 1997) 등의 문헌에 공개되어 있다. 본 발명에서는 유글레나를 배양하는 경우로서 형광램프가 사용되었으며, 광도는 480 μmol/㎡/s로 하였으나, 반드시 이에 한정될 필요는 없다.
배지와 탄소원으로 되는 이산화탄소의 광반응기내로의 공급을 통해 광반응기(11) 내에서는 유글레나가 수리학적 체류시간(HRT) 동안 성장하며, 상기 기간동안 성장된 후의 바이오매스는 원심분리 등의 방법을 통해 분리하여 동물 또는 치어의 사료로서 제공되어진다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예로서 제시되는 제 2측면에 따른 광반응기의 구성도로서, 광반응기(21)는 광원(22), 산기부(23), 내부순환장치(24), 압축기(25), 배지공급펌프(26)를 포함하며, 상기 반응기(21)은 광이 제공되는 명소(27)와 광이 차단된 부위인 암소(28)로 구분되고 있다.
광원(22)은 광반응기의 명소(27)로 광을 전달할 수 있으면 충분하고, 특정한 위치에 둘 것을 요하지는 아니한다. 따라서, 광반응기(11)의 내부 또는 외부의 어느 위치에 설치되어도 무방하다. 또한, 광원은 자연광원 또는 인공광원이어도 무방하지만, 자연광원이 상기 반응기에서는 보다 적합하다.
산기부(23)는 압축기(25)에서 공급되는 이산화탄소를 포함하는 가스를 반응기 내부로 공급하는 부위이며, 바람직하게는 광반응기(21)의 하부에 설치하여 미세조류를 부상시켜 반응기 하부에 침전되는 것을 방지한다. 이때 이산화탄소를 포함하는 가스는 보일러 등에서 경유를 연소한 결과 나오는 배기가스 등이 이용될 수 있다.
광반응기(21)는 명소(27)와 암소(28)로 구분되어 있으며, 광원은 상기 명소(27)로만 공급되고 있다. 명소에는 배지를 순환시키는 내부순환장치(24)가 구비되어 있다. 내부순환장치의 대표적인 예로는 체인 스크레이퍼(chain scraper)가 있으며, 각각의 스크레이퍼가 순환하면서 배지를 순환시킨다. 명소에서 광에너지를 공급받은 미세조류는 주로 암소에서 성장을 하게 되고, 초기접종 이래 광반응기내에서 미세조류가 포화농도에 이를 때까지 배양된다. 미세조류는 HRT 기간 동안 명소와 암소를 순환하면서 빠른 성장을 하게 된다.
본 발명에 따른 광반응기를 이용하여 미세조류를 배양하면, 기존의 회분식 배양에서와 비교할 때 동일한 조건에서 20∼40％ 정도의 배양효율이 증가되어짐을 확인할 수 있다.(도 5 참조)
이하 본 발명의 내용을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시 예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시 예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 아니된다.
<실시예 1> 미세조류의 최적 배양 조건 도출
본 실험에서 사용한 미세조류 균주는 빛을 통해 성장에 필요한 에너지를 공급 받고, 외부에서 탄소원을 공급해 주어야 하는 유글레나 글라실리스 (Euglena gracilis Z)이며, 균주를 지속적으로 보존하기 위해 진탕 플라스크에서 개량된 크라머-마이어(Cramer-Myers) 배지 (표 3 참조)를 이용하여 온도는 27℃로 유지하고 이산화탄소를 10％ (V/V) 농도로 공급하여 순수 배양하였다.
우선 공급되는 이산화탄소 농도 변화에 따른 미세조류의 성상 변화를 알아보기 위해 다른 환경 조건은 고정하고 이산화탄소를 공기와 혼합하여 농도를 0.035％∼15％ 범위 내에서 조절하고, 회분식 배양을 실시하였다. 그 결과 도 3에서와 같이 최적의 배양을 위한 이산화탄소 농도는 10％인 것으로 조사되었다.
<실시예 2> 연속식 광 반응기의 효율 평가
광 반응기 내부에 격벽을 설치한 경우 (도 1 참조)에는 인공 광원 (식물 배양용 형광등)을 사용하여 광도를 480 μmol/㎡/s로 유지하였으며, 이산화탄소 농도는 10％로 고정하고 수리학적 체류시간을 3일에서 10일까지 변화시켜 가면서 연속 배양 하였을 때, 도 4와 같이 수리학적 체류시간이 6일까지는 수리학적 체류시간이 증가함에 따라 미세조류의 농도도 증가하였지만, 수리학적 체류시간 8일 이상에서는 미세조류 농도의 차이가 크지 않았다.
한편, 명ㆍ암 영역이 보다 뚜렷하게 구분되도록 광 반응기를 개선하여 미세조류가 이러한 명ㆍ암 영역을 순환하며 성장하도록 하는 내부순환장치를 추가한 경우(도 2 참조)에는 자연광원 (태양)을 이용하였는데 광도는 평균적으로 450 μmol/㎡/s로 유지되었고, 수리학적 체류시간을 3일에서 10일까지 변화시켜 가면서 연속 배양 하였다. 이때 이산화탄소원으로는 경유를 사용하는 보일러로부터 배출되는 배기가스 (emission gas)를 이용하였는데, 이러한 배기가스는 CO2 11％, NOx 26 ppm, SOx 5 ppm 총 부유먼지 126 ㎍/㎥로 구성되어 있었다. 그 결과 도 5와 같이 수리학 적 체류시간이 증가함에 따라 미세조류의 농도도 지속적으로 증가하는 것으로 관찰되었다.
이러한 연속식 배양 결과를 기존의 회분식 배양 결과와 비교해 보면 하기 표 4에 나타낸 바와 같이 동일한 배양 조건에서 회분식 배양시의 미세조류 농도와 비교해 보았을 때, 내부 격벽이 설치된 광 반응기의 경우에는 미세조류 농도가 23％ 증가하였고, 명ㆍ암 영역이 구분된 광 반응기의 경우는 35％가 증가한 것으로 조사되었다.
<표 4> 새로운 개념의 광 반응기에 의한 미세조류 배양 효율 향상
배양 방법 광 반응기 형태 운전 기간 HRT 최종 미세 조류 농도
회분식 일반 관형 6일 - 0.60 ± 0.1 g/L
연속식 격벽 설치 (100L) 24일 6일 0.74 ± 0.1 g/L
연속식 명ㆍ암 교차 (1,000L) 24일 6일 0.81 ± 0.2 g/L
<실시예 3> 생산된 미세조류 바이오메스의 활용성 평가
한편, 연속식 배양을 통해 6일 동안 성장한 유글레나를 건조하여 원소분석을 실시한 결과, 하기 표 5와 같이 전체 건조 무게의 약 65％가 탄소로 이루어져 있음을 알 수 있었고, 본 실험에서 사용한 미세조류가 혼합 공기로 공급되는 이산화탄소에서 탄소원을 공급받아 성장하였으므로 성장 기간 동안에 1g 이산화탄소 가스로부터 약 0.42g의 새로운 미세조류가 합성되는 것으로 조사되었다.
또한, 배양된 미세조류의 각종 구성 성분과 열량을 조사하여 하기 표 6에 나타내었다. 그 결과 약 47％의 단백질과 15％의 지방 성분 등을 포함하고 있는 것으로 조사되었으며, 겉보기 대사 열량 (apparent metabolizable energy)은 약 4,700 cal/g로 조사되어 동물, 치어 등의 사료로 충분히 활용될 수 있다고 판단되었다.
<표 5> 연속 배양된 유글레나 미세조류의 세포 구성 성분
구성 성분 평균 값
C 64.8％
H 7.7％
O 13.7％
N 13.8％
분자식 C6.28H8.95ON1.15
<표 6> 연속 배양된 유글레자 미세조류의 영양가
구성 성분 평균 값
조단백질 46.75％
조지방 15.19％
조섬유 0.33％
조회분 4.96％
수분 3.49％
대사가능 에너지 4,676 cal/g
본 발명에 의하면 이산화탄소를 효과적으로 제거함과 동시에, 미세 조류를 대량으로 배양할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 광반응기는 화석연료를 사용하는 산업체에서 발생하는 이산화탄소를 연속식으로 직접 고정화하는 것이 가능하고, 이를 통해 지구 온난화가스인 이산화탄소를 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 부산물로 생산되는 미세조류(유글레나 등) 바이오메스는 양질의 영양성분과 높은 열량을 함유하고 있어 동물 또는 치어의 사료로서 활용되어질 수 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 미세조류의 생육을 위한 연속식 또는 반연속식 광반응기에 있어서, 반응기내로 미세조류의 생육을 위한 배지를 공급하는 배지공급부, 반응기를 명소와 암소로 구분하고, 상기 명소 또는 암소의 일방에 반응기 내부에서 배지를 상기 명소와 암소를 교대하여 순환시키는 내부순환장치, 반응기내로 이산화탄소를 공급하는 산기부, 반응기 내부 또는 외부에서 반응기내로 광을 제공하는 광원을 포함하는 이산화탄소의 저감 및 미세조류의 대량생산을 위한 광반응기
  3. 제 2항에 있어서, 내부순환장치는 체인 스크레이퍼임을 특징으로 하는 광반응기
  4. 제 2항에 있어서, 산기 장치에서 공급되는 이산화탄소의 농도는 0.035∼15％(V/V)로 정함을 특징으로 하는 광반응기
  5. 제 2항에 있어서, 반응기내의 수리학적 체류시간은 3∼10일로 정함을 특징으로 하는 광반응기
  6. 제 2항에 있어서, 산기부는 반응기의 하부에 설치되어짐을 특징으로 하는 광반응기
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