KR100898385B1 - Method for producing hydrogen gas from marine algae using anaerobic microorganisms - Google Patents

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Abstract

본 발명은 혐기성 미생물을 이용하여 해조류로부터 수소가스를 생산하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해조류를 최적의 처리 조건 및 반응 조건으로 처리하여, 해조류로부터 친환경적인 방법으로 수소가스를 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing hydrogen gas from algae using anaerobic microorganisms, and more particularly to a method for producing hydrogen gas from seaweeds in an environmentally friendly manner by treating the seaweeds under optimal processing conditions and reaction conditions. It is about.

해조류, 수소가스 Algae, hydrogen gas

Description

혐기성 미생물을 이용한 해조류로부터 수소가스의 생산 방법{METHOD FOR PRODUCING HYDROGEN GAS FROM MARINE ALGAE USING ANAEROBIC MICROORGANISMS}Production method of hydrogen gas from seaweed using anaerobic microorganism {METHOD FOR PRODUCING HYDROGEN GAS FROM MARINE ALGAE USING ANAEROBIC MICROORGANISMS}

본 발명은 혐기성 미생물을 이용하여 해조류로부터 수소가스를 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing hydrogen gas from algae using anaerobic microorganisms.

바이오에너지(Bioenergy)는 동물, 식물, 및 미생물 등 바이오매스(biomass)로부터 만들어지는 에너지원을 의미하며, 바이오매스 에너지라고도 한다. Bioenergy refers to an energy source made from biomass such as animals, plants, and microorganisms, and is also called biomass energy.

이러한 바이오매스를 에너지원으로 이용하는 방법에 있어서, 과거에는 직접 연소와 같은 방법을 주로 이용하였으나, 오늘날에는 유기물 또는 유기성 폐기물을 1) 효소나 미생물을 이용한 생화학적 변환 공정; 2) 광합성 미생물을 이용한 광생물학적 변환 공정; 및 3) 열에너지와 화학적 촉매를 이용한 열화학적 변환 공정 등을 통하여 에탄올, 메탄올, 바이오 디젤, 피셔-트롭스크(Fischer-Tropsch) 디젤 등과 같은 액체 연료 및/또는 수소, 메탄 등과 같은 기체 연료를 생산하는 방법이 이 주를 이루고 있다. 이러한 최근의 바이오매스 이용법으로부터 얻어지는 에너지원을 상기의 바이오매스 에너지라고 하며, 상기 바이오매스 에너지원은 저장 및 재생이 가능하며 환경적으로 안전하다는 장점이 있다.In the method of using such a biomass as an energy source, in the past, a method such as direct combustion was mainly used, but today, organic matter or organic waste is 1) biochemical conversion process using enzymes or microorganisms; 2) photobiological conversion process using photosynthetic microorganisms; And 3) producing liquid fuels such as ethanol, methanol, biodiesel, Fischer-Tropsch diesel, and / or gaseous fuels such as hydrogen, methane, etc. through thermochemical conversion processes using thermal energy and chemical catalysts. The way is this week. The energy source obtained from such a recent biomass utilization method is called the biomass energy, and the biomass energy source is advantageous in that it can be stored and regenerated and is environmentally safe.

이러한 바이오매스에너지 중 수소는 연소시 극소량의 질소가 생성되는 것을 제외하고는, 공해 물질이 거의 배출되지 않으며, 직접 연소 및 연료 전지 등의 연료로서 사용하기에 매우 간편하므로 미래의 궁극적인 대체에너지원으로 이용가능성이 매우 높다.Hydrogen in these biomass energies generates little pollutants, except for very small amounts of nitrogen generated during combustion, and is very easy to use as fuel for direct combustion and fuel cells. The availability is very high.

지금까지, 수소(Hydrogen)는 나프타의 열분해, 물의 전기분해, 및 광합성 미생물 및/또는 혐기성 미생물을 이용한 생물학적 방법으로 얻고 있으나, 나프타의 열분해 및 물의 전기분해는 고갈 위험에 직면한 화석연료의 사용과 연료시 지구 온난화 물질인 이산화탄소의 배출량이 많기 때문에 친환경적인 공정이 되지 못하고 있다. 또한, 생물학적 방법에 있어서, 광합성 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 경우에는 1) 미생물의 성장속도가 느리고; 2) 지속적인 빛 에너지가 필요하며; 3) 빛 에너지를 얻기 위한 대단위 면적이 필요하므로 경제적으로 많은 비용이 들고; 및 4) 기온의 변화가 큰 경우에는 안정적으로 미생물을 성장시키는데 어려움이 있다는 단점이 있다(Tanisho, S. and Ishwata, Y., J. Hydrogen energy, 19: 807-812(1994)). So far, hydrogen has been obtained by pyrolysis of naphtha, electrolysis of water, and biological methods using photosynthetic and / or anaerobic microorganisms, but pyrolysis of naphtha and electrolysis of water are associated with the use of fossil fuels that are at risk of depletion. Due to the large amount of carbon dioxide, a global warming material in fuel, it is not an environmentally friendly process. In the biological method, when hydrogen is produced using photosynthetic microorganisms, 1) the growth rate of microorganisms is slow; 2) requires constant light energy; 3) It is economically expensive because it requires a large area to obtain light energy; And 4) it is difficult to stably grow microorganisms when the temperature change is large (Tanisho, S. and Ishwata, Y., J. Hydrogen energy, 19: 807-812 (1994)).

현재에는 비록 제한적이기는 하나, 분뇨, 도시쓰레기, 및 하?폐수 등을 메탄발효 또는 활성오니법으로 처리함으로써, 폐수나 폐기물 처리와 함께 추가적으로 부수적인 에너지를 얻는 에너지 절약형 방법이 개발되고 있다.At present, although limited, the treatment of manure, municipal waste, and wastewater by methane fermentation or activated sludge process has led to the development of energy-saving methods for obtaining additional energy along with wastewater or waste treatment.

이러한 바이오매스를 이용한 에너지 생산과 관련하여, 브라질은 사탕수수와 카사바에서 알콜을 채취하여 자동차 연료로 사용하고 있는 등 전 세계는 지금 식물이나 미생물 등 바이오매스를 이용한 에너지 생산에 주력하고 있는데 반해, 우리나 라는 토지 면적이 좁아 대량의 바이오매스를 획득하기 어렵기 때문에 우리나라의 실정에 맞는 새로운 바이오매스를 획득하고 이를 신재생에너지로 전환시킬 수 있는 방법을 개발하는 것이 무엇보다 중요하다.In relation to the production of energy using biomass, Brazil collects alcohol from sugar cane and cassava and uses it as fuel for automobiles, while the world is focusing on energy production using biomass such as plants and microorganisms. As the land area is narrow, it is difficult to obtain a large amount of biomass, so it is most important to develop a method for acquiring new biomass suitable for Korea's situation and converting it into renewable energy.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하고, 우리나라의 환경에 적합하면서도 친환경적이고 효율적인 방법으로 바이오매스(biomass)로부터 수소가스를 생산하는 방법을 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art as described above, and to provide a method for producing hydrogen gas from biomass (biomass) in an eco-friendly and efficient manner suitable for the environment of our country.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 혐기성 미생물을 이용하여 전세계 해양에 풍부하게 존재하는 바이오매스인 해조류로부터 수소가스를 생산하는 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for producing hydrogen gas from seaweeds that are abundant in the world's oceans using anaerobic microorganisms.

보다 상세하게는, 본 발명은More specifically, the present invention

a) 해조류를 처리하는 단계;a) treating the algae;

b) 상기 a) 단계를 수행한 해조류와 혐기성 미생물 또는 상기 혐기성 미생물을 포함하는 반응액을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및b) preparing a mixture by mixing the seaweed and the anaerobic microorganism or the reaction solution containing the anaerobic microorganism performing step a); And

c) 상기 혼합물을 20 내지 60 ℃ 및 혐기성 조건에서 발효시키는 단계를 포함하는c) fermenting the mixture at 20 to 60 ° C. and anaerobic conditions.

수소가스의 생산 방법에 관한 것이다.It relates to a production method of hydrogen gas.

우리나라는 토지 면적이 좁고 4계절을 가진 온대성 기후여서, 육상식물의 대량생산에 적합하지 않고 육상에서 대량의 바이오매스를 획득하기 어려우나, 3면이 바다인 지리적 조건과, 물과 햇빛만으로도 성장할 수 있고, 육상식물에 비하여 성장속도가 훨씬 빠른 해조류가 다량 존재하므로 이를 신재생에너지인 바이오매스 에 너지를 생산하기 위한 새로운 바이오매스로 이용할 수 있는 장점이 있다.Since Korea has a narrow land area and a temperate climate with four seasons, it is not suitable for the mass production of land plants and it is difficult to obtain a large amount of biomass on land, but it can grow only by the geographical conditions of the sea on three sides and by water and sunlight alone. In addition, there is a large amount of seaweed that grows much faster than land plants, which has the advantage of being used as a new biomass for producing biomass energy, a renewable energy.

또한, 본 발명자들은 상기 해조류는 그 구성성분 및 조직구조의 차이로 인하여, 각 해조류별로 반응 온도, 반응 시간 및 처리 과정에 따라 수소가스의 생산량이 상이하며, 각 해조류별 최적 반응 온도, 최적 처리 공정 및 최적 반응 시간의 조건에서 수소가스를 생산하는 경우, 우수한 생산수율을 나타낸다는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.In addition, the inventors of the present invention, due to the difference in the composition and structure of the algae, the production of hydrogen gas is different depending on the reaction temperature, reaction time and treatment process for each seaweed, the optimum reaction temperature, the optimum treatment process for each seaweed And when producing hydrogen gas under the conditions of the optimum reaction time, it was confirmed that the excellent production yield was completed the present invention.

실제로, 후술하는 본 발명의 구체예에 기재된 최적반응 조건에서 수소가스의 생산을 시도한 결과, 우수한 생산수율을 확인하여 본 발명을 완성하였다.In fact, as a result of attempting the production of hydrogen gas under the optimum reaction conditions described in the embodiments of the present invention described below, the present invention was confirmed by confirming an excellent production yield.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 있어서, 바이오매스(Biomass)란 살아 있는 동물, 식물, 미생물 등의 유기물량을 의미하며, 생태학적으로는 생물량 또는 생체량이라고도 불리우며, 바람직하게는 해조류를 의미한다. In the present invention, biomass refers to organic matters such as living animals, plants, and microorganisms, and is also referred to as biomass or biomass ecologically, and preferably refers to seaweeds.

본 발명에 있어서, 활성오니법은 하ㆍ폐수를 미생물을 이용하여 정화하는 생물학적 처리법으로, 통상적으로 유량조정조, 폭기조, 침전조, 반송조 및 방류조 등을 포함하는 하?폐수 처리장치를 이용한다.In the present invention, the activated sludge method is a biological treatment method for purifying sewage and wastewater using microorganisms, and generally uses a wastewater treatment apparatus including a flow adjusting tank, an aeration tank, a precipitation tank, a conveying tank and a discharge tank.

본 발명에 있어서, 해조류란 녹조류, 갈조류 및 홍조류를 포함하는 바다에서 나는 조류(sea algae)를 의미한다. 상기 해조류는 바이오매스 중 물과 햇빛만으로도 성장할 수 있고, 농작물에 비하여 성장속도가 훨씬 빠르며, 무엇보다도 바다에 풍부하게 존재하므로, 3면이 바다인 우리나라의 지리적 조건을 고려하면 우리나라에 가장 풍부하게 존재하는 바이오매스에 해당한다고 할 수 있다.In the present invention, algae means sea algae, which includes green algae, brown algae and red algae. The algae can grow only by water and sunlight among the biomass, and the growth rate is much faster than that of the crops, and since it exists abundantly in the sea above all, the three sides are the most abundant in Korea considering the geographical conditions of Korea. It can be said that it corresponds to biomass.

상기 a) 단계의 해조류는 녹조류, 갈조류 및 해조류일 수 있고, 상기 녹조류는 일 예로 파래, 클로렐라(청태) 또는 청각 등일 수 있으며, 상기 갈조류는 일 예로 미역, 다시마, 톳, 대황 또는 모자반일 수 있고, 상기 홍조류는 일 예로 김, 우뭇가사리 또는 카라기닌일 수 있다. 상기 해조류는 파래, 클로렐라, 김, 미역 및 다시마로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 파래, 김 및 다시마로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 다시마일 수 있다.The algae of step a) may be green algae, brown algae and algae, and the green algae may be, for example, seaweed, chlorella (cheongtae) or hearing, and the brown algae may be, for example, seaweed, kelp, 톳, rhubarb or maize. , The red algae may be, for example, laver, barley fern or carrageenan. The seaweed may be at least one selected from the group consisting of seaweed, chlorella, seaweed, seaweed and kelp, preferably at least one selected from the group consisting of seaweed, seaweed and kelp, more preferably kelp. .

상기 a) 단계의 해조류의 처리는 분쇄처리; 100 내지 140 ℃의 조건으로 열 처리; 15 내지 25 kHz 조건으로 초음파 처리; 0.1 내지 1.8 N 산을 이용한 산 처리; 및 0.1 내지 1.8 N 알칼리를 이용한 알칼리 처리로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 처리법으로 수행할 수 있다.Treatment of the seaweed of step a) is a grinding treatment; Heat treatment under conditions of 100 to 140 ° C; Sonication at 15-25 kHz conditions; Acid treatment with 0.1-1.8 N acid; And it can be carried out by one or more treatment method selected from the group consisting of alkali treatment with 0.1 to 1.8 N alkali.

상기 분쇄처리는 해조류를 분쇄하는 통상의 방법으로 수행할 수 있으며, 믹서(mixer) 또는 분쇄기를 이용할 수 있다. The pulverizing treatment may be performed by a conventional method of pulverizing algae, and may be a mixer or a pulverizer.

또한, 상기 열 처리는 100 내지 140 ℃, 더욱 바람직하게는 110 내지 130 ℃의 조건으로 15분 내지 45분, 바람직하게는 25 내지 35분 동안 처리하는 것일 수 있다. 상기 100 내지 140 ℃의 조건에서 열처리를 하는 경우, 60 ℃의 조건에서 열처리를 하는 경우에 비하여, 약 20%(다시마) 내지 약 150%(김)의 수율향상이 있음을 확인하였으며(표 4 및 표 3), 상기 온도 범위 이상의 고온에서 처리하는 경우, 투입되는 에너지의 낭비가 크고, 혐기생 미생물을 이용하기 위하여, 고온의 해조류를 저온으로 냉각하는 추가 공정에 많은 시간이 소요되므로 경제적이지 않다. In addition, the heat treatment may be performed for 15 minutes to 45 minutes, preferably 25 to 35 minutes under conditions of 100 to 140 ℃, more preferably 110 to 130 ℃. When the heat treatment under the conditions of 100 to 140 ℃, compared to the heat treatment under the conditions of 60 ℃, it was confirmed that there is a yield improvement of about 20% (Kashima) to about 150% (kim) (Table 4 and Table 3), when the treatment at a high temperature above the above temperature range, waste of energy input is large, in order to use anaerobic microorganisms, it is not economical because it takes a lot of time to cool the high-temperature seaweed to a low temperature.

또한, 상기 초음파 처리는 음파처리기를 이용하여 15 내지 25 kHz, 바람직하게는 19 내지 21 kHz의 조건으로 20 내지 40 분, 바람직하게는 25 내지 35 분 동안 처리하는 것일 수 있다. 상기 초음파 처리를 상기 시간 범위에서 처리하는 경우, 15분 동안 처리하는 경우에 비하여, 약 10% 정도의 수율향상이 있음을 확인하였다(표 2 내지 표 4).In addition, the ultrasonic treatment may be performed for 20 to 40 minutes, preferably 25 to 35 minutes under the condition of 15 to 25 kHz, preferably 19 to 21 kHz using a sound processor. When the ultrasonic treatment is treated in the time range, it was confirmed that there is a yield improvement of about 10% compared to the case of treatment for 15 minutes (Tables 2 to 4).

상기 산 처리는 0.1 내지 1.8 N의 산 또는 산 용액을 이용할 수 있다. 또한, 상기 알칼리 처리는 0.1 내지 1.8 N의 알칼리 또는 알칼리 용액을 이용할 수 있다.The acid treatment may use an acid or acid solution of 0.1 to 1.8 N. In addition, the alkali treatment may use an alkali or an alkaline solution of 0.1 to 1.8 N.

상기 산 처리와 알칼리 처리의 경우, 해조류의 구성성분 및 조직구조의 차이로 인하여, 해조류별 처리되는 산 및 알칼리의 최적 농도가 상이하다. In the case of the acid treatment and the alkali treatment, due to differences in the constituents and tissue structure of the seaweeds, the optimum concentration of the acid and alkali treated for each seaweed is different.

일 예로, 상기 해조류가 파래이고, 0.1 N 내지 0.5 N, 바람직하게는 0.2 N 내지 0.4 N의 산 또는 산 용액으로 처리하는 경우, 1.6 N 산 또는 산 용액을 이용하여 처리하는 경우에 비하여, 약 50 %의 수율향상이 있음을 확인하였다(표 2). 또한, 상기 해조류가 파래이고, 1.4 N 내지 1.8 N, 바람직하게는 1.5 N 내지 1.7 N의 알칼리 또는 알칼리 용액으로 처리하는 경우, 0.3 N 알칼리 또는 알칼리 용액을 이용하여 처리하는 경우에 비하여, 약 10 %의 수율향상이 있음을 확인하였다(표 2).As an example, when the seaweed is green and treated with an acid or acid solution of 0.1 N to 0.5 N, preferably 0.2 N to 0.4 N, it is about 50 compared with the case of treating with 1.6 N acid or an acid solution. It was confirmed that there is a yield improvement of% (Table 2). Also, when the seaweed is green and treated with an alkali or alkaline solution of 1.4 N to 1.8 N, preferably 1.5 N to 1.7 N, it is about 10% compared with the case of treating with 0.3 N alkali or alkaline solution. It was confirmed that the yield improvement of (Table 2).

또한, 상기 해조류가 김이고, 1.2 N 내지 2.0 N, 바람직하게는 1.4 N 내지 1.8 N의 산 또는 산 용액으로 처리하는 경우, 0.3 N 또는 0.9 N 산 또는 산 용액을 이용하여 처리하는 경우에 비하여, 약 320 % 또는 약 160 %의 수율향상이 있음을 확인하였다(표 3). 또한, 상기 해조류가 김이고, 1.4 N 내지 1.8 N, 바람직하게는 1.5 N 내지 1.7 N의 알칼리 또는 알칼리 용액으로 처리하는 경우, 1 N 알칼리 또는 알칼리 용액을 이용하여 처리하는 경우에 비하여, 약 30 %의 수율향상이 있음을 확인하였다(표 3).Further, when the seaweed is seaweed, and treated with an acid or acid solution of 1.2 N to 2.0 N, preferably 1.4 N to 1.8 N, compared with the case of treating with 0.3 N or 0.9 N acid or acid solution, It was confirmed that there is a yield improvement of about 320% or about 160% (Table 3). In addition, when the seaweed is seaweed, and treated with an alkali or alkaline solution of 1.4 N to 1.8 N, preferably 1.5 N to 1.7 N, it is about 30% compared to the case of treatment with 1 N alkali or alkaline solution It was confirmed that the yield improvement of (Table 3).

또한, 상기 해조류가 다시마이고, 0.1 N 내지 0.5 N, 바람직하게는 0.2 N 내지 0.4 N의 산 또는 산 용액으로 처리하는 경우, 1.0 N 산 또는 산 용액을 이용하여 처리하는 경우에 비하여, 약 40 %의 수율향상이 있음을 확인하였다(표 4). 또한, 상기 해조류가 다시마이고, 1.4 N 내지 1.8 N, 바람직하게는 1.5 N 내지 1.7 N의 알칼리 또는 알칼리 용액으로 처리하는 경우, 1 N 알칼리 또는 알칼리 용액을 이용하여 처리하는 경우에 비하여, 약 40 %의 수율향상이 있음을 확인하였다(표 4).In addition, when the seaweed is kelp, and treated with an acid or acid solution of 0.1 N to 0.5 N, preferably 0.2 N to 0.4 N, about 40% compared to the case of treatment with 1.0 N acid or acid solution It was confirmed that the yield improvement of (Table 4). In addition, when the seaweed is kelp, and treated with an alkali or alkaline solution of 1.4 N to 1.8 N, preferably 1.5 N to 1.7 N, about 40% compared to the case of treatment with 1 N alkali or alkaline solution It was confirmed that the yield improvement of (Table 4).

상기 b) 단계는 상기 a) 단계를 수행한 해조류와 혐기성 미생물 또는 상기 혐기성 미생물을 포함하는 반응액을 혼합하여 혼합물을 제조하는 방법으로 수행할 수 있다.The step b) may be performed by mixing the seaweed and the anaerobic microorganism or the reaction solution containing the anaerobic microorganism performing the step a) to prepare a mixture.

상기 혐기성 미생물은 혐기성 조건에서 대사 과정을 원활히 수행할 수 있는 미생물인 경우 특별히 한정되는 것은 아니며, 바람직하게는 상기 혐기성 미생물은 클로스트리디움 부틸리쿰(Clostridium butylicum), 클로스트리디움 파스튜리아눔(Clostridium pasteurianum), 클로스트리디움 클루이베리(Clostridium kluyveri), 디플로코커스 글리시노필러스(Diplococcus glycinophilus), 에스케리키아 콜라이(Escherichia coli), 바실러스 폴리믹사(Bacillus polymyxa), 애로모나스 하이드로필라(Aeromonas hydrophila), 바실러스 마세란스(Bacillus macerans), 데술포비브리오(Desulfovibrio), 데술푸리칸스(Desulfuricans), 논술푸 퍼플 박테리아(Nonsulfur purple bacteria), 메틸로트로프스(Methylotrophs), 메타노제닉 박테리아(Methanogenic bacteria), 루멘 박테리아(Rumen bacteria), 알캐아(Archaea) 및 엔테로박터(Enterobacter)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 미생물일 수 있다. 상기 혐기성 미생물의 경우, 바이오매스로부터 수소를 생산함에 있어서, 광합성 미생물을 이용한 발효공정에 비해 그 속도가 빠르고, 수소 발생량이 많으며, 빛 에너지가 필요하지 않다는 점에서 바람직하다. The anaerobic microorganism is not particularly limited in the case of a microorganism capable of smoothly performing metabolic processes in anaerobic conditions, preferably the anaerobic microorganism is Clostridium butylicum ), Clostridium pasteurianum ), Clostridium kluyveri , Diplococcus glycinophilus ), Escherichia coli), Bacillus miksa poly (Bacillus polymyxa ), Aeromonas hydrophila hydrophila ), Bacillus maserans macerans ), Desulfovibrio , Desulfuricans , Nonsulfur Purple Bacteria purple bacteria , Methylotrophs , Methanogenic bacteria , Rumen bacteria), the microorganism may be one or more member selected from the group consisting of Al kaeah (Archaea) and Enterobacter (Enterobacter). In the case of anaerobic microorganisms, hydrogen is preferably produced from biomass in that it is faster in speed than in fermentation processes using photosynthetic microorganisms, generates a large amount of hydrogen, and does not require light energy.

상기 혐기성 미생물은 일 예로 하수의 활성오니(activated sludge)를 1 ℃ 내지 10 ℃, 바람직하게는 2 내지 7 ℃, 더욱 바람직하게는 3 내지 5 ℃에서, 500 내지 5,000 rpm, 바람직하게는 1,000 내지 3,000 rpm의 조건에서 1 내지 10 분, 바람직하게는 3 내지 7 분 동안 원심분리한 후, 상기 원심분리를 수행한 하수의 활성오니의 상층액을 분리하여 수득한 것일 수 있다. 상기 하수의 활성오니는 혐기성 하수처리 공정 중 획득한 활성오니일 수 있다. The anaerobic microorganism is an example of using activated sludge in sewage at 1 ° C to 10 ° C, preferably 2 to 7 ° C, more preferably 3 to 5 ° C, and 500 to 5,000 rpm, preferably 1,000 to 3,000 After centrifugation for 1 to 10 minutes, preferably 3 to 7 minutes under the conditions of rpm, it can be obtained by separating the supernatant of the activated sludge of the sewage to perform the centrifugation. The activated sludge of the sewage may be activated sludge obtained during the anaerobic sewage treatment process.

상기 혐기성 미생물을 포함하는 반응액은 상기 혐기성 미생물을 배양한 배양물일 수 있고, 일 예로, 상기 원심분리를 수행한 활성오니의 상층액을 분리하여 수득한 혐기성 미생물을 배양 배지에 첨가하여 배양한 것일 수 있다.The reaction solution containing the anaerobic microorganism may be a culture cultured the anaerobic microorganism, for example, by adding the anaerobic microorganism obtained by separating the supernatant of the activated sludge to perform the centrifugation to culture medium Can be.

상기 c) 단계는 상기 b) 단계에서 제조한 혼합물을 20 내지 60 ℃의 반응 온도 및 혐기성 조건에서 발효시키는 방법으로 수행할 수 있다. Step c) may be performed by fermenting the mixture prepared in step b) at a reaction temperature of 20 to 60 ° C. and anaerobic conditions.

상기 혐기성 조건은 일 예로, 대기 중 산소의 함량이 5 % 이하, 바람직하게 는 3 % 이하, 더욱 바람직하게는 1 % 이하일 수 있으며, 상기 혐기성 조건은 질소가스를 상기 혼합물을 포함하는 배양용기 내로 주입하여 산소를 제거하는 방법으로 얻을 수 있다. 상기 산소를 제거하는 방법은 일 예로 상기 질소가스를 10 내지 30 분 주입하여 산소를 제거하는 방법으로 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The anaerobic condition may be, for example, an oxygen content of 5% or less, preferably 3% or less, and more preferably 1% or less, and the anaerobic condition may inject nitrogen gas into a culture vessel including the mixture. Can be obtained by removing oxygen. The method of removing oxygen may be performed by, for example, a method of removing oxygen by injecting the nitrogen gas for 10 to 30 minutes, but is not limited thereto.

상기에서 언급한 바와 같이, 해조류는 구성성분 및 조직구조가 각각 상이하므로, 상기 c) 단계의 최적 반응 온도는 해조류별로 상이하다.As mentioned above, since seaweeds have different constituents and tissue structures, the optimum reaction temperature of step c) is different for each seaweed.

일 예로, 상기 해조류가 파래인 경우에는, 바람직하게는 상기 혼합물은 52 내지 58 ℃에서 발효시킬 수 있고, 상기 해조류가 클로렐라인 경우에는, 바람직하게는 상기 혼합물은 52 내지 58 ℃에서 발효시킬 수 있으며, 상기 해조류가 김인 경우에는, 바람직하게는 상기 혼합물은 22 내지 48 ℃, 더욱 바람직하게는 32 내지 48 ℃에서 발효시킬 수 있고, 상기 해조류가 미역인 경우에는, 바람직하게는 상기 혼합물은 22 내지 38 ℃ 또는 52 내지 58 ℃, 더욱 바람직하게는 22 내지 38 ℃에서 발효시킬 수 있으며, 상기 해조류가 다시마인 경우에는, 바람직하게는 상기 혼합물은 22 내지 58 ℃, 더욱 바람직하게는 32 내지 38 ℃ 또는 52 내지 58 ℃에서 발효시킬 수 있다.For example, when the seaweed is green, preferably the mixture may be fermented at 52 to 58 ℃, if the seaweed is chlorellaline, preferably the mixture may be fermented at 52 to 58 ℃ When the seaweed is seaweed, preferably the mixture can be fermented at 22 to 48 ℃, more preferably 32 to 48 ℃, if the seaweed is seaweed, preferably the mixture is 22 to 38 It can be fermented at ℃ or 52 to 58 ℃, more preferably 22 to 38 ℃, if the seaweed is kelp, preferably the mixture is 22 to 58 ℃, more preferably 32 to 38 ℃ or 52 To fermentation at 58 ° C.

상기한 바와 같이, 해조류는 구성성분 및 조직구조가 상이하므로, 해조류로부터 수소를 생산하는 방법의 최적 반응 온도, 반응시간 및 최적 처리방법이 각 해조류별로 상이하다.As described above, since the seaweeds have different constituents and tissue structures, the optimum reaction temperature, reaction time, and optimum treatment method for producing hydrogen from seaweeds are different for each seaweed.

일 예로, 해조류가 파래인 경우, 상기 a) 단계에서의 해조류의 처리는 분쇄 처리 및 100 내지 140 ℃에서 25 내지 35 분 동안 열 처리를 수행하거나 분쇄처리 및 음파처리기를 이용하여 15 내지 25 kHz에서 25 내지 35 분 동안 초음파 처리할 수 있으며, 상기 c) 단계의 발효는 혼합물을 52 내지 58 ℃의 반응 온도 및 혐기성 조건에서 40 내지 88 시간 동안 수행할 수 있다.For example, when the seaweed is blue, the treatment of the seaweed in the step a) is performed by the grinding treatment and heat treatment for 25 to 35 minutes at 100 to 140 ℃ or at 15 to 25 kHz using the grinding and sonic treatment It may be sonicated for 25 to 35 minutes, the fermentation of step c) may be carried out for 40 to 88 hours at the reaction temperature and anaerobic conditions of the mixture of 52 to 58 ℃.

또한, 해조류가 클로렐라인 경우, 상기 c) 단계의 발효는 혼합물을 52 내지 58 ℃의 반응 온도 및 혐기성 조건에서 32 내지 88 시간 동안 수행할 수 있다. In addition, when the seaweed is chlorellaline, the fermentation of step c) may be carried out for 32 to 88 hours at a reaction temperature of 52 to 58 ℃ and anaerobic conditions.

또한, 해조류가 김인 경우, 상기 a) 단계에서의 해조류의 처리는 분쇄처리 및 100 내지 140 ℃에서 25 내지 35 분 동안 열 처리할 수 있고, 상기 c) 단계의 발효는 혼합물을 22 내지 48 ℃의 반응 온도 및 혐기성 조건에서 20 내지 100 시간 동안 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 c) 단계의 발효는 32 내지 48 ℃에서 20 내지 100 시간 동안 수행할 수 있고, 보다 구체적으로는 32 내지 38 ℃에서 20 내지 100 시간 동안 또는 42 내지 48 ℃에서 50 내지 100 시간 동안 수행할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 32 내지 38 ℃에서 20 내지 100 시간 동안 수행할 수 있다.In addition, when the seaweed is seaweed, the treatment of the seaweed in the step a) may be subjected to the grinding treatment and heat treatment for 25 to 35 minutes at 100 to 140 ℃, the fermentation of step c) is a mixture of 22 to 48 ℃ It can be carried out for 20 to 100 hours at the reaction temperature and anaerobic conditions. As an example, the fermentation of step c) may be performed at 32 to 48 ° C. for 20 to 100 hours, more specifically at 32 to 38 ° C. for 20 to 100 hours or at 42 to 48 ° C. for 50 to 100 hours. It may be carried out, more preferably at 32 to 38 ℃ can be carried out for 20 to 100 hours.

또한, 해조류가 미역인 경우, 상기 c) 단계의 발효는 혼합물을 22 내지 38 ℃ 또는 52 내지 58 ℃의 반응 온도 및 혐기성 조건에서 32 내지 112 시간 동안 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 c) 단계의 발효는 22 내지 28 ℃ 또는 52 내지 58 ℃에서 32 내지 112 시간 동안 수행할 수 있고, 32 내지 38 ℃에서 44 내지 100 시간 동안 수행할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 32 내지 38 ℃에서 44 내지 100 시간 동안 수행할 수 있다.In addition, when the seaweed is seaweed, the fermentation of step c) may be carried out for 32 to 112 hours at the reaction temperature and anaerobic conditions of 22 to 38 ℃ or 52 to 58 ℃. For example, the fermentation of step c) may be performed at 22 to 28 ° C. or 52 to 58 ° C. for 32 to 112 hours, and may be performed at 32 to 38 ° C. for 44 to 100 hours, more preferably 32 At 44 ° C. for 38 hours.

또한, 해조류가 다시마인 경우, 상기 a) 단계에서의 해조류의 처리는 분쇄처 리 및 100 내지 140 ℃에서 25 내지 35 분 동안 열 처리할 수 있고, 상기 c) 단계의 발효는 혼합물을 22 내지 58 ℃의 반응 온도 및 혐기성 조건에서 8 내지 136 시간 동안 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 c) 단계의 발효는 32 내지 58 ℃에서 8 내지 136 시간 동안 수행할 수 있고, 보다 구체적으로는 32 내지 38 ℃에서 8 내지 88 시간 동안, 42 내지 48 ℃에서 32 내지 124 시간 동안 또는 52 내지 58 ℃에서 32 내지 136 시간 동안 수행할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 32 내지 38 ℃에서 8 내지 88 시간 동안 또는 52 내지 58 ℃에서 32 내지 136 시간 동안 수행할 수 있다.In addition, when the seaweed is kelp, the treatment of the seaweed in step a) may be subjected to the grinding treatment and heat treatment for 25 to 35 minutes at 100 to 140 ℃, the fermentation of step c) is a mixture of 22 to 58 It can be carried out for 8 to 136 hours at the reaction temperature of the ℃ and anaerobic conditions. For example, the fermentation of step c) may be performed at 32 to 58 ° C. for 8 to 136 hours, more specifically at 32 to 38 ° C. for 8 to 88 hours, and at 42 to 48 ° C. for 32 to 124 hours. Or 32 to 136 hours at 52 to 58 ° C, more preferably 8 to 88 hours at 32 to 38 ° C or 32 to 136 hours at 52 to 58 ° C.

상기에서 확인된 우수한 수소가스의 생산효율과 같이, 본 발명의 해조류에 따른 최적 반응 조건 및 처리 단계를 수행할 경우, 풍부한 바이오매스 자원인 해조류로부터 환경친화적이고 경제적인 방법으로 수소가스를 생산할 수 있다.As described above, the production efficiency of hydrogen gas, when performing the optimum reaction conditions and processing steps according to the seaweed of the present invention, it is possible to produce hydrogen gas in an environmentally friendly and economical way from the seaweeds, abundant biomass resources .

상기에서 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 혐기성 미생물을 이용한 해조류로부터 수소가스를 생산하는 방법은 i) 3면이 바다인 우리나라의 특성상 풍부한 해조류를 이용하기 때문에 원재료의 경제적 절약 효과가 있고, ii) 해조류의 혐기성소화처리로 인해 배출되는 폐자원의 양을 줄이면서 수소가스 등의 신재생 에너지원을 확보할 수 있으며, iii) 해조류의 대량 배양을 통해 발생되는 이산화탄소의 양을 감소시켜 에너지 생산뿐 아니라 환경오염을 예방할 수 있고, iv) 해조류의 고농도 배양을 통해 다양한 목적의 해양산업발전에 이용될 수 있으며, v) 연료 전지 등의 대체 에너지 효율을 증가시킬 수 있어 경제적으로 큰 파급효과를 가진다.As described above, the method for producing hydrogen gas from the algae using anaerobic microorganisms according to the present invention is i) economical savings of raw materials because it uses abundant seaweeds due to the characteristics of Korea, which is three sides of the sea, ii) Renewable energy sources such as hydrogen gas can be secured while reducing the amount of waste resources generated by anaerobic digestion of algae, and iii) reducing the amount of carbon dioxide generated through mass culture of algae, Environmental pollution can be prevented, and iv) high concentration culture of seaweed can be used for marine industry development for various purposes, and v) it can increase alternative energy efficiency, such as fuel cell, and has a great economic effect.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are merely to illustrate the invention, the present invention is not limited by the following examples.

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실시예Example 1: 균주, 기질 및 배양 방법 1: Strain, Substrate and Culture Method

본 발명에 사용된 균주는 부산시 환경관리공단의 혐기성 하수처리 공정 중 획득한 활성오니(activated sludge)를 2,000 rpm, 5 min, 4 ℃에서 원심 분리하여 침전시킨 후 상등액을 수취하여 준비하였고, 균주 배양 배지 100 ㎖ 당 1 %(v/v)인 10 ㎖를 균체로서 첨가하였다(Ueno, Y., et al., Journal of Fermentation and Bioengineering, 79(4), 395-397, 1995). 상기 균주를 배양하는 배지의 조성은 하기 표 1과 같다.The strain used in the present invention was prepared by centrifuging the activated sludge obtained during the anaerobic sewage treatment process of the Environmental Management Corporation of Busan at 2,000 rpm, 5 min, and 4 ° C., and then receiving the supernatant and preparing the strain. 10 ml of 1% (v / v) per 100 ml of medium was added as cells (Ueno, Y., et al., Journal of Fermentation and Bioengineering, 79 (4), 395-397, 1995). The composition of the medium for culturing the strain is shown in Table 1 below.

또한, 상기 균주의 기질(또는 "탄소원" 이라고도 함)로는 자당(sucrose) 또는 파래, 클로렐라(청태), 김, 미역, 및 다시마를 각각 믹서(Mini Mixer & cutter, HMF-505, 한일, 대한민국)로 분쇄하여 이용하였고, 배양 배지 100 ㎖ 당 1 %(w/v)인 1 g을 첨가하였다. 상기 배양 배지 및 기질은 멸균기(HB-506-6, 한백 과학사, 대한민국)를 이용하여 각각 멸균하였다. In addition, as a substrate (or also referred to as "carbon source") of the strain sucrose (sucrose) or green onion, chlorella (cheongtae), seaweed, seaweed, and kelp mixer (Mini Mixer & cutter, HMF-505, Hanil, Korea), respectively 1 g of 1% (w / v) per 100 ml of culture medium was added. The culture medium and the substrate were sterilized using a sterilizer (HB-506-6, Hanbaek Science, Korea) respectively.

혐기성 배양을 위하여, 멸균된 배지 100 ㎖ 당 1 %(w/v)의 기질과 수취된 상등액 1 %(v/v)를 100 ㎖의 증류수가 들어있는 300 ㎖ 삼각플라스크에 첨가한 후, 질소가스로 10 분 동안 주입하여 배양액 내 산소를 충분히 제거한 다음 밀봉하여 미생물 배양기에서 12 시간 간격으로 144 시간까지 배양하였다. For anaerobic culture, 1% (w / v) of substrate and 1% (v / v) of supernatant received per 100 ml of sterile medium were added to a 300 ml Erlenmeyer flask containing 100 ml of distilled water, followed by nitrogen gas. 10 minutes was injected to remove oxygen in the culture medium, and then sealed and incubated in the microorganism incubator for 12 hours at intervals of 144 hours.

배지 조성Badge composition 농도(g/L)Concentration (g / L) NH4HCO3 NH 4 HCO 3 22 KH2PO4 KH 2 PO 4 1One MgSO4ㆍ7H2OMgSO 4 ㆍ 7H 2 O 0.10.1 NaClNaCl 0.010.01 Na2MoO4ㆍ2H2ONa 2 MoO 4 2H 2 O 0.010.01 CaCl2ㆍ2H2OCaCl 2 2H 2 O 0.010.01 MnSO4ㆍ7H2OMnSO 4 ㆍ 7H 2 O 0.0150.015 FeCl2 FeCl 2 0.00280.0028

또한, 상기 혐기성 배양 중 발생된 수소가스는 고-밀도 가스 검출기(High-Density Gas Detector, Model No. XP-3140, 코스모사, 대한민국)를 이용하여 측정하였다.In addition, the hydrogen gas generated during the anaerobic culture was measured using a high-density gas detector (Model No. XP-3140, Cosmos, South Korea).

실시예Example 2: 배양 온도에 따른 각 해조류로부터 얻어진 수소가스의 생산량 측정 2: measurement of the production of hydrogen gas from each seaweed according to the culture temperature

혐기성 상태에서, 배양 온도에 따른 각 해조류로부터 얻어진 수소가스의 생산량 변화를 조사하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 각 해조류(파래, 클로렐라, 김, 미역, 다시마)를 믹서로 분쇄하여 120 ℃에서 30 분간 열 처리한 후, 25 ℃, 35 ℃, 45 ℃, 55 ℃의 배양 온도와 200 rpm 교반 속도에서 60 시간 동안 배양된 각 해조류의 수소가스의 생산량 변화를 측정하였다. 이때, 양성 대조군으로는 상기 해조류 대신 자당(sucrose)을 이용하였다. 결과는 도 1a-d에 나타내었다.In the anaerobic state, in order to investigate the change in the yield of hydrogen gas obtained from each seaweed according to the culture temperature, in one embodiment of the present invention, each seaweed (seaweed, chlorella, seaweed, seaweed, kelp) is pulverized with a mixer at 120 ° C. After heat treatment for 30 minutes, the change in the production of hydrogen gas of each algae cultured for 60 hours at 25 ℃, 35 ℃, 45 ℃, 55 ℃ culture temperature and 200 rpm stirring speed was measured. At this time, sucrose was used instead of the algae as a positive control. The results are shown in Figures 1a-d.

도 1a-d에 나타낸 바와 같이, 25 ℃의 배양 온도에서는 다시마(4.8 v/v%)> 자당(2.8 v/v%)> 김(2.6 v/v%)> 미역(2.4 v/v%)> 클로렐라(1.8 v/v%)> 파래(1.5 v/v%) 순으로 수소 생산량이 높았고(도 1a), 35 ℃의 배양 온도에서는 자당(21.3 v/v%)> 다시마(10.3 v/v%)> 미역(4.7 v/v%)> 파래 및 김(3.1 v/v%)> 클로렐라(1.4 v/v%) 순으로 수소 생산량이 높았으며(도 1b), 45 ℃의 배양 온도에서는 자당(10.2 v/v%)> 다시마(8.8 v/v%)> 파래(4.1 v/v%)> 김(3.5 v/v%)> 클로렐라(2.3 v/v%)> 미역(1.7 v/v%) 순으로 수소 생산량이 높았고(도 1c), 및 55 ℃의 배양 온도에서는 다시마(10.3 v/v%)> 파래(5.4 v/v%)> 클로렐라(3.6 v/v%)> 미역(2.9 v/v%)> 김(1.3 v/v%)> 자당(0.6 v/v%) 순으로 수소 생산량이 높았다(도 1d).As shown in Figure 1a-d, kelp (4.8 v / v%)> sucrose (2.8 v / v%)> seaweed (2.6 v / v%)> seaweed (2.4 v / v%) at a culture temperature of 25 ℃ > Chlorella (1.8 v / v%)> green (1.5 v / v%), hydrogen production was higher (Fig. 1a), sucrose (21.3 v / v%)> kelp (10.3 v / v) at the incubation temperature of 35 ℃ %)> Seaweed (4.7 v / v%)> green and seaweed (3.1 v / v%)> chlorella (1.4 v / v%), the highest hydrogen production (Fig. 1b), sucrose at 45 ℃ (10.2 v / v%)> Kelp (8.8 v / v%)> Seaweed (4.1 v / v%)> Seaweed (3.5 v / v%)> Chlorella (2.3 v / v%)> Seaweed (1.7 v / v %), The highest hydrogen production (Fig. 1c), and kelp (10.3 v / v%)> green sea (5.4 v / v%)> chlorella (3.6 v / v%)> seaweed (2.9) v / v%)> laver (1.3 v / v%)> sucrose (0.6 v / v%), the highest hydrogen production (Fig. 1d).

상기 결과로부터, 배양된 각 해조류로부터 얻어진 수소가스의 생산량은 해조류별로 다소 차이가 있는 것으로 확인되었으며, 온도의 증가에 따라 생산량이 증가되거나 감소되는 경향을 보여, 각 해조류별로 최적 반응온도가 상이한 것으로 확인되었다.From the above results, it was confirmed that the production of hydrogen gas obtained from each cultured algae was slightly different for each seaweed, and showed an increase or decrease in production with the increase of temperature, and the optimum reaction temperature for each seaweed was different. It became.

우선, 파래의 경우, 55 ℃의 반응 온도에서 수소 생산량이 가장 높았고, 클로렐라의 경우에도, 55 ℃의 반응 온도에서 수소 생산량이 가장 높았으며, 김의 경우, 45 ℃의 반응 온도에서 수소 생산량이 가장 높았고, 미역의 경우, 35 ℃의 반응 온도에서 수소 생산량이 가장 높았고, 다시마의 경우, 35 ℃ 또는 55 ℃의 반응 온도에서 수소 생산량이 가장 높은 것으로 확인되었다(도 1).First, in the case of green, the highest hydrogen production at the reaction temperature of 55 ℃, the highest hydrogen production at the reaction temperature of 55 ℃, Chlorella, the highest hydrogen production at the reaction temperature of 45 ℃ It was high, and in the case of seaweed, hydrogen production was the highest at the reaction temperature of 35 ℃, and for kelp, hydrogen production was confirmed to be the highest at the reaction temperature of 35 ℃ or 55 ℃ (Fig. 1).

실시예Example 3: 배양 시간에 따른 각 해조류로부터 얻어진 수소가스의 생산량 및 pH 변화 측정 3: Determination of the production amount and pH change of hydrogen gas obtained from each seaweed with incubation time

3-1: 배양 시간에 따른 수소가스의 생산량 변화3-1: Change in Production of Hydrogen Gas with Incubation Time

실시예 2의 배양 온도 즉, 25 ℃, 35 ℃, 45 ℃, 및 55 ℃에서 각 해조류를 배양시킬 경우 배양 시간에 따른 각 해조류로부터 얻어진 수소가스의 생산량 변화를 조사하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 반응 온도를 25 ℃, 35 ℃, 45 ℃ 및 55 ℃로 하고, 배양 시간을 12 시간 간격으로 144 시간 동안 배양한 다음 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 수소가스의 생산량을 측정하였다. 결과는 도 2a-d에 나타내었다.In order to investigate the change in the production amount of hydrogen gas obtained from each seaweed according to the culture time when incubating each seaweed at the culture temperature of Example 2, that is, 25 ℃, 35 ℃, 45 ℃, and 55 ℃, one embodiment of the present invention In the example, the reaction temperature was set to 25 ° C, 35 ° C, 45 ° C, and 55 ° C, and the incubation time was incubated for 144 hours at 12 hour intervals, and then the production of hydrogen gas was measured in the same manner as in Example 2. The results are shown in Figures 2a-d.

도 2a-d에 나타낸 바와 같이, 각 해조류별로 다소 차이가 있는 것으로 확인되었다.As shown in Figure 2a-d, it was confirmed that there is a slight difference for each seaweed.

상기 실시예 2의 결과와 상기 도 2a-d에 기재된 결과로부터,From the result of Example 2 and the result of FIG. 2A-D,

해조류가 파래인 경우, 35 ℃ 및 55 ℃가 적합한 것으로 확인되었고, 반응온도가 35 ℃인 경우, 반응시간이 20 내지 64 시간이 적합하고, 반응온도가 35 ℃이고 40 내지 88시간이 가장 적합한 것으로 확인되었다.When the seaweed is blue, 35 ℃ and 55 ℃ was found to be suitable, when the reaction temperature is 35 ℃, the reaction time is suitable for 20 to 64 hours, the reaction temperature is 35 ℃ and 40 to 88 hours is the most suitable Confirmed.

또한, 해조류가 클로렐라인 경우, 반응온도가 25 ℃인 경우, 반응시간이 56 내지 100 시간이 적합하고, 반응온도가 35 ℃인 경우, 반응시간이 20 내지 76 시간이 적합하며, 반응온도가 45 ℃인 경우, 반응시간이 116 내지 144 시간이 적합하고, 반응온도가 55 ℃인 경우, 반응시간이 32 내지 88 시간이 적합하며, 반응온도가 55 ℃이고 반응시간이 32 내지 88 시간이 가장 적합한 것으로 확인되었다.In addition, when the seaweed is chlorella, when the reaction temperature is 25 ℃, the reaction time is suitable for 56 to 100 hours, when the reaction temperature is 35 ℃, the reaction time is suitable for 20 to 76 hours, the reaction temperature is 45 In the case of ℃, the reaction time is suitable 116 to 144 hours, when the reaction temperature is 55 ℃, the reaction time is suitable 32 to 88 hours, the reaction temperature is 55 ℃ and the reaction time is the most suitable 32 to 88 hours It was confirmed.

또한, 해조류가 김인 경우, 반응온도가 25 ℃인 경우, 반응시간이 44 내지 76 시간이 적합하고, 반응온도가 35 ℃인 경우, 반응시간이 20 내지 88 시간이 적합하며, 반응온도가 45 ℃인 경우, 반응시간이 56 내지 88 시간이 적합하고, 반응온도가 55 ℃인 경우, 반응시간이 56 내지 76 시간이 적합하며, 반응온도가 35 ℃이고 반응시간이 20 내지 88 시간이 가장 적합한 것으로 확인되었다.In addition, when the seaweed is seaweed, when the reaction temperature is 25 ℃, the reaction time is suitable for 44 to 76 hours, when the reaction temperature is 35 ℃, the reaction time is suitable for 20 to 88 hours, the reaction temperature is 45 ℃ When the reaction time is suitable for 56 to 88 hours, the reaction temperature is 55 ℃, the reaction time is suitable 56 to 76 hours, the reaction temperature is 35 ℃ and the reaction time is 20 to 88 hours is the most suitable Confirmed.

또한, 해조류가 미역인 경우, 반응온도가 25 ℃인 경우, 반응시간이 44 내지 112 시간이 적합하고, 반응온도가 35 ℃인 경우, 반응시간이 32 내지 112 시간이 적합하며, 반응온도가 45 ℃인 경우, 반응시간이 116 내지 144 시간이 적합하고, 반응온도가 55 ℃인 경우, 반응시간이 32 내지 88 시간이 적합하며, 반응온도가 25 ℃ 또는 55 ℃에서 32 내지 112 시간 반응하거나, 반응온도가 35 ℃에서 44 내지 100 시간 반응하는 것이 더욱 적합하고, 반응온도가 35 ℃이고, 반응시간이 44 내지 100 시간인 것이 가장 적합한 것으로 확인되었다.Also, when the seaweed is seaweed, when the reaction temperature is 25 ℃, the reaction time is suitable for 44 to 112 hours, when the reaction temperature is 35 ℃, the reaction time is suitable for 32 to 112 hours, the reaction temperature is 45 In the case of ℃, the reaction time is suitable 116 to 144 hours, when the reaction temperature is 55 ℃, the reaction time is suitable 32 to 88 hours, the reaction temperature is reacted 32 to 112 hours at 25 ℃ or 55 ℃, It was confirmed that it is more suitable that the reaction temperature is reacted at 35 ° C. for 44 to 100 hours, the reaction temperature is 35 ° C., and the reaction time is 44 to 100 hours.

또한, 해조류가 다시마인 경우, 반응온도가 25 ℃인 경우, 반응시간이 44 내지 112 시간이 적합하고, 반응온도가 35 ℃인 경우, 반응시간이 8 내지 112 시간이 적합하며, 반응온도가 45 ℃인 경우, 반응시간이 32 내지 136 시간이 적합하고, 반응온도가 55 ℃인 경우, 반응시간이 20 내지 136 시간이 적합하며, 반응온도가 35 ℃에서 8 내지 88 시간 반응하거나, 반응온도가 55 ℃에서 32 내지 136 시간 반응하는 것이 더욱 적합하고, 반응온도가 55 ℃이고, 반응시간이 32 내지 64 시간 또는 80 내지 124 시간인 것이 가장 적합한 것으로 확인되었다. 상기 측정 결과에서, 다시마의 경우 모든 반응온도에서 다른 해조류에 비하여 우수한 것으로 확인되었으며, 특히 반응온도가 35 ℃ 및 55 ℃에서 매우 우수한 것으로 확인되었다.In addition, when the seaweed is kelp, when the reaction temperature is 25 ℃, the reaction time is suitable for 44 to 112 hours, when the reaction temperature is 35 ℃, the reaction time is suitable for 8 to 112 hours, the reaction temperature is 45 In the case of ℃, the reaction time is suitable for 32 to 136 hours, when the reaction temperature is 55 ℃, the reaction time is suitable for 20 to 136 hours, the reaction temperature is reacted at 35 ℃ 8 to 88 hours, or the reaction temperature is It was found that the reaction was more suitable for 32 to 136 hours at 55 ° C, the reaction temperature was 55 ° C, and the reaction time was 32 to 64 hours or 80 to 124 hours. In the measurement results, it was confirmed that the kelp is superior to other seaweeds at all reaction temperatures, in particular, the reaction temperature is very excellent at 35 ℃ and 55 ℃.

3-2: 배양 시간에 따른 3-2: according to incubation time pHpH 변화 change

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 3-1과 동일한 배양 온도 및 배양 시간에 따른 각 해조류의 배양액 내의 pH 변화를 조사하였다. pH 변화는 pH 미터(HANNA Instruments, USA)를 이용하여 측정하였다. 결과는 도 3a-d에 나타내었다.In addition, in one embodiment of the present invention, the pH change in the culture solution of each seaweed according to the same incubation temperature and incubation time as 3-1 was investigated. pH change was measured using a pH meter (HANNA Instruments, USA). The results are shown in Figures 3a-d.

도 3a-d에 나타낸 바와 같이, 각 해조류별로 다소 차이는 있으나, 25 ℃, 35 ℃, 45 ℃, 및 55 ℃의 배양 온도에서 각 해조류를 배양시킬 경우 48-60 h에서 대부분 pH가 감소됨을 알 수 있었다(도 3a-d). 이는, 각 해조류를 상기 배양 시간 동안 배양할 경우 수소가스의 발생을 최적화시켜, 이로 인해 다양한 휘발성 유기산(예를 들어, 아세테이트, 프로피오네이트, 뷰티레이트 등)과 에탄올 등의 알코올류를 생성하여 pH를 낮추기 때문이다. As shown in Figure 3a-d, there is a slight difference for each algae, but when the algae incubated at the incubation temperature of 25 ℃, 35 ℃, 45 ℃, and 55 ℃ it is found that most of the pH is reduced at 48-60 h Could be (FIGS. 3A-D). This optimizes the generation of hydrogen gas when each seaweed is incubated during the incubation time, thereby producing various volatile organic acids (eg, acetate, propionate, butyrate, etc.) and alcohols such as ethanol to produce pH. Because it lowers.

실시예Example 4: 분쇄, 또는 분쇄 후 열 처리, 초음파 처리, 산 처리, 및 알칼리 처리에 따른 각 해조류 내의 유기물 함량 측정 4: Determination of organic matter content in each seaweed after grinding or after grinding, heat treatment, sonication, acid treatment, and alkali treatment

실시예 2 및 실시예 3에서 확인된 최적 배양 온도 및 최적 배양 시간을 이용하여 각 해조류로부터 수소가스를 최대한으로 생산하기 위해서는 해조류 내의 유기물 함량을 최적화하는 기질 반응 조건이 무엇보다 중요하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 혐기성 균주의 기질로서 사용되는 실시예 1의 해조류 중 파래, 김 및 다시마를 분쇄, 또는 분쇄 후 열 처리, 초음파 처리, 산 처리, 및 알칼리 처리를 하였고, 이로부터 상기 해조류 내의 유기물 함량 즉, 화학적 산소 요구량(Chemical oxygen demand, COD)을 측정하였다.Substrate reaction conditions for optimizing the organic matter content in the algae are most important in order to maximize production of hydrogen gas from each algae using the optimum incubation temperature and the optimum incubation time identified in Examples 2 and 3. Therefore, in one embodiment of the present invention seaweed, seaweed and kelp in the seaweed of Example 1 used as a substrate of the anaerobic strain was ground, or after heat treatment, sonication, acid treatment, and alkali treatment after grinding, The organic matter content in the algae, ie, chemical oxygen demand (COD), was measured.

상기 COD 값을 측정하는 방법은 염분이 없는 시료나 COD 측정값이 낮은 시료에 사용하는 크롬(Cr)법과, 염분이 있는 시료에 사용하는 망간(MN)법으로 나눌 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에서는 염분이 함유된 해조류를 사용하고 있기 때문에 상기 방법 중 망간법을 이용하여 COD 값을 측정하였다. 이때, 상기 파래, 김 및 다시마를 배양하는 방법은 배양 시간을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하다.The method of measuring the COD value can be divided into a chromium (Cr) method used for a sample without salt or a low COD measurement value, and a manganese (MN) method used for a sample with salinity. In the example, since the salt-containing seaweed was used, the COD value was measured using the manganese method. At this time, the method of culturing the seaweed, seaweed and kelp is the same as in Example 1 except for the incubation time.

상기 실험 결과, 파래, 김 및 다시마를 실시예 1에서 제조된 균체와 혼합하기 전 다양한 처리 방법(분쇄, 열 처리, 초음파 처리, 산 처리, 알칼리 처리)에 따른 COD 측정값은 하기 표 2 내지 표 4와 같다:As a result of the above experiment, before mixing green seaweed, laver and kelp with the cells prepared in Example 1, the COD measurement values according to various treatment methods (milling, heat treatment, sonication, acid treatment, alkali treatment) are shown in Tables 2 to Table Same as 4:

파래Blue 처리 방법Processing method 처리 조건Processing conditions COD (mg/L)COD (mg / L) 분쇄smash 49204920 분쇄 + 열 처리Crushing + heat treatment 60 ℃, 30 min60 ℃, 30 min 58005800 분쇄 + 열 처리Crushing + heat treatment 120 ℃, 30 min120 ℃, 30 min 80408040 분쇄 + 초음파 처리Crushing + sonication 20 W(setting power), 15 min20 W (setting power), 15 min 76407640 분쇄 + 초음파 처리Crushing + sonication 20 W(setting power), 30 min20 W (setting power), 30 min 80408040 분쇄 + 산 처리Crushing + acid treatment 0.3 N, 30 min0.3 N, 30 min 55605560 분쇄 + 산 처리Crushing + acid treatment 1 N, 30 min1 N, 30 min 48404840 분쇄 + 산 처리Crushing + acid treatment 1.6 N, 30 min1.6 N, 30 min 39603960 분쇄 + 알칼리 처리Crushing + alkali treatment 0.3 N, 30 min0.3 N, 30 min 58805880 분쇄 + 알칼리 처리Crushing + alkali treatment 1 N, 30 min1 N, 30 min 59605960 분쇄 + 알칼리 처리Crushing + alkali treatment 1.6 N, 30 min1.6 N, 30 min 64406440

Kim 처리 방법Processing method 처리 조건Processing conditions COD (mg/L)COD (mg / L) 분쇄smash 79207920 분쇄 + 열 처리Crushing + heat treatment 60 ℃, 30 min60 ℃, 30 min 37203720 분쇄 + 열 처리Crushing + heat treatment 120 ℃, 30 min120 ℃, 30 min 84008400 분쇄 + 초음파 처리Crushing + sonication 20 W(setting power), 15 min20 W (setting power), 15 min 79207920 분쇄 + 초음파 처리Crushing + sonication 20 W(setting power), 30 min20 W (setting power), 30 min 81608160 분쇄 + 산 처리Crushing + acid treatment 0.3 N, 30 min0.3 N, 30 min 11601160 분쇄 + 산 처리Crushing + acid treatment 1 N, 30 min1 N, 30 min 18401840 분쇄 + 산 처리Crushing + acid treatment 1.6 N, 30 min1.6 N, 30 min 48404840 분쇄 + 알칼리 처리Crushing + alkali treatment 0.3 N, 30 min0.3 N, 30 min 59205920 분쇄 + 알칼리 처리Crushing + alkali treatment 1 N, 30 min1 N, 30 min 46404640 분쇄 + 알칼리 처리Crushing + alkali treatment 1.6 N, 30 min1.6 N, 30 min 61606160

다시마Kelp 처리 방법Processing method 처리 조건Processing conditions COD (mg/L)COD (mg / L) 분쇄smash 38403840 분쇄 + 열 처리Crushing + heat treatment 60 ℃, 30 min60 ℃, 30 min 44804480 분쇄 + 열 처리Crushing + heat treatment 120 ℃, 30 min120 ℃, 30 min 53605360 분쇄 + 초음파 처리Crushing + sonication 20 W(setting power), 15 min20 W (setting power), 15 min 44004400 분쇄 + 초음파 처리Crushing + sonication 20 W(setting power), 30 min20 W (setting power), 30 min 48804880 분쇄 + 산 처리Crushing + acid treatment 0.3 N, 30 min0.3 N, 30 min 55205520 분쇄 + 산 처리Crushing + acid treatment 1 N, 30 min1 N, 30 min 39203920 분쇄 + 산 처리Crushing + acid treatment 1.6 N, 30 min1.6 N, 30 min 47204720 분쇄 + 알칼리 처리Crushing + alkali treatment 0.3 N, 30 min0.3 N, 30 min 44004400 분쇄 + 알칼리 처리Crushing + alkali treatment 1 N, 30 min1 N, 30 min 32803280 분쇄 + 알칼리 처리Crushing + alkali treatment 1.6 N, 30 min1.6 N, 30 min 44804480

(단, 산 처리 및 알칼리 처리는 각 농도별로 30 분간 반응시킨 후 pH 7로 중화시켜 COD 값을 측정함) (However, acid treatment and alkali treatment are reacted for 30 minutes at each concentration and neutralized to pH 7 to measure COD values.)

상기 표 2 내지 표 4에 나타낸 바와 같이, 파래의 COD 값은 각 처리 방법 중 분쇄 후 120 ℃에서 30 분간 열 처리(COD: 8040 mg/L), 분쇄 후 30 분간 초음파 처리(COD: 8040 mg/L), 분쇄 후 0.3 N 산 처리(COD: 5560 mg/L), 및 분쇄 후 1.6 N 알칼리 처리(COD: 6440 mg/L)할 경우 우수함을 알 수 있었고(표 2), As shown in Table 2 to Table 4, the COD value of the seaweed was heat treated at 120 ° C. for 30 minutes (COD: 8040 mg / L) after grinding, and sonication (COD: 8040 mg /) for 30 minutes after grinding in each treatment method. L), 0.3 N acid treatment after grinding (COD: 5560 mg / L), and 1.6 N alkali treatment after grinding (COD: 6440 mg / L) were found to be excellent (Table 2),

김의 COD 값은 각 처리 방법 중 분쇄 후 120 ℃에서 30 분간 열 처리(COD: 8040 mg/L), 분쇄 후 30 분간 초음파 처리(COD: 8160 mg/L), 분쇄 후 1.6 N 산 처리(COD: 4840 mg/L), 및 분쇄 후 1.6 N 알칼리 처리(COD: 6160 mg/L)할 경우 우수함을 알 수 있었고(표 3),The COD value of laver was measured by heat treatment at 120 ° C for 30 minutes (COD: 8040 mg / L), sonication (COD: 8160 mg / L) for 30 minutes after grinding, and 1.6 N acid treatment after grinding (COD). : 4840 mg / L), and 1.6 N alkali treatment (COD: 6160 mg / L) after grinding was found to be excellent (Table 3),

다시마의 COD 값은 분쇄 후 120 ℃에서 30 분간 열 처리(COD: 5360 mg/L), 분쇄 후 30 분간 초음파 처리(COD: 4880 mg/L), 분쇄 후 0.3 N 산 처리(COD: 5520 mg/L), 및 분쇄 후 1.6 N 알칼리 처리(COD: 6440 mg/L)할 경우 우수함을 알 수 있었다(표 4).The COD value of kelp is 30 minutes after heat treatment (COD: 5360 mg / L), 30 minutes sonication (COD: 4880 mg / L), 0.3 N acid treatment (COD: 5520 mg /) for 30 minutes after grinding. L), and 1.6 N alkali treatment (COD: 6440 mg / L) after grinding was found to be excellent (Table 4).

또한, 분쇄한 경우에는 파래, 김 및 다시마에 따라 COD 값이 상이하게 나타남을 확인하였다(파래: 4920 mg/L, 김: 7920 mg/L, 다시마: 3840 mg/L).In addition, in the case of milling, it was confirmed that the COD values were different according to the seaweed, seaweed and seaweed (seaweed: 4920 mg / L, seaweed: 7920 mg / L, kelp: 3840 mg / L).

실시예Example 5: 최적화된 기질 반응 조건에서 수행된 각 해조류로부터 얻어진 수소가스의 생산량 측정  5: Determination of the production of hydrogen gas from each seaweed performed under optimized substrate reaction conditions

실시예 4에서 확인된 각 해조류 내의 유기물 함량을 최적화하는 기질 반응 조건에서 수행된 각 해조류로부터 얻어진 수소가스의 생산량을 조사하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 실시예 4의 COD 측정 결과로부터 유기물 함량이 높게 나타났던 각 기질 반응 조건을 선택하여 수소가스 및 메탄가스의 생산량을 측정하였다. 구체적으로, 파래는 55 ℃, 200 rpm에서 60 시간 동안 배양하였고, 김은 35 ℃, 200 rpm에서 60 시간 동안 배양하였으며, 다시마는 55 ℃, 200 rpm에서 60 시간 동안 배양하였다. 이로부터 얻어진 수소가스의 생산량은 도 4a-c에 나타내었다.In order to investigate the production of hydrogen gas obtained from each seaweed performed under substrate reaction conditions optimizing the organic matter content in each seaweed identified in Example 4, in one embodiment of the present invention, the organic matter content from the COD measurement result of Example 4 Each substrate reaction condition that appeared high was selected to measure the yield of hydrogen gas and methane gas. Specifically, seaweed was incubated for 60 hours at 55 ℃, 200 rpm, laver was incubated for 60 hours at 35 ℃, 200 rpm, kelp was incubated for 60 hours at 55 ℃, 200 rpm. The yield of hydrogen gas obtained therefrom is shown in FIGS. 4A-C.

도 4a-c에 나타낸 바와 같이, 파래의 경우에는 분쇄 후 30 분간 초음파 처리(수소 생산량: 3.1 v/v%)> 분쇄 후 120 ℃에서 30 분간 열 처리(수소 생산량: 3 v/v%)> 분쇄 후 0.3 N 산 처리(수소 생산량: 1.2 v/v%) 순으로 수소가스의 생산량이 높게 나타났고(도 4a); 김의 경우에는 120 ℃에서 30 분간 열 처리(수소 생산량: 7.7 v/v%)> 분쇄(수소 생산량: 3.3 v/v%)> 분쇄 후 30 분간 초음파 처리(수소 생산량: 2.4 v/v%)> 분쇄 후 1.6 N 산 처리(수소 생산량: 1.5 v/v%) 순으로 수소가스의 생산량이 높게 나타났으며(도 4b); 및 다시마의 경우에는 120 ℃에서 30 분간 열 처리(수소 생산량: 11.9 v/v%)> 분쇄(수소 생산량: 9.7 v/v%)> 분쇄 후 30 분간 초음파 처리(수소 생산량: 8.9 v/v%)> 분쇄 후 0.3 N 산 처리(수소 생산량: 7.7 v/v%) 순으로 수소가스의 생산량이 높게 나타남을 확인하였다(도 4c).As shown in Figs. 4A-C, in the case of green, ultrasonic treatment for 30 minutes after grinding (hydrogen production: 3.1 v / v%)> heat treatment at 120 ° C. for 30 minutes after grinding (hydrogen production: 3 v / v%)> After grinding, the production of hydrogen gas was higher in order of 0.3 N acid treatment (hydrogen production: 1.2 v / v%) (FIG. 4A); For laver, heat treatment at 120 ° C for 30 minutes (hydrogen production: 7.7 v / v%)> grinding (hydrogen production: 3.3 v / v%)> sonication 30 minutes after grinding (hydrogen production: 2.4 v / v%) > Yield of hydrogen gas was higher in order of 1.6 N acid treatment (hydrogen yield: 1.5 v / v%) after grinding (FIG. 4B); And kelp heat treatment at 120 ° C. for 30 minutes (hydrogen production: 11.9 v / v%)> grinding (hydrogen production: 9.7 v / v%)> sonication for 30 minutes after grinding (hydrogen production: 8.9 v / v% )> After the grinding, 0.3 N acid treatment (hydrogen yield: 7.7 v / v%) was confirmed that high hydrogen gas yield was shown in the order (FIG. 4C).

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 각 해조류의 기질농도에 따른 수소가스의 생산량을 측정하였고, 그 결과를 도 5a-e에 나타내었다.In addition, in one embodiment of the present invention was measured the production amount of hydrogen gas according to the substrate concentration of each seaweed, the results are shown in Figure 5a-e.

도 5a-c에 나타낸 바와 같이, 상기 파래, 김, 및 다시마의 최적 배양 조건에서 기질을 각각 1 %(v/v), 3 %(v/v) 및 5 %(v/v)로 증가시켜 수소가스의 생산량을 측정한 결과, 파래의 경우에는 기질농도가 3 %(v/v)일 때 수소가스의 생산량이 가장 우수하였고(도 5a); 및 김과 다시마의 경우에는 기질농도가 5 %(v/v)일 때 수소가스의 생산량이 가장 우수함을 확인하였다(도 5b 및 5c).As shown in Figures 5a-c, the substrates were increased to 1% (v / v), 3% (v / v) and 5% (v / v) at the optimum culture conditions of green, seaweed, and kelp, respectively. As a result of measuring the production of hydrogen gas, the production of hydrogen gas was the best when the substrate concentration was 3% (v / v) in the case of blue (Fig. 5a); And the case of laver and kelp was confirmed that the highest production of hydrogen gas when the substrate concentration is 5% (v / v) (Figs. 5b and 5c).

또한, 클로렐라와 미역에 대해서도 기질농도에 따른 수소가스의 생산량을 측정하였는데, 이때 클로렐라의 최적 배양 조건은 45 ℃, 200 rpm에서 60 시간 동안 배양하는 것이고, 미역은 35 ℃, 200 rpm에서 60 시간 동안 배양하는 것이다. 결과는 도 5d 및 5e에 나타내었다.In addition, the production of hydrogen gas according to the substrate concentration was also measured for chlorella and wakame seaweed. The optimum culture condition of chlorella is 60 hours at 45 ℃, 200 rpm, the wakame for 60 hours at 35 ℃, 200 rpm It is to culture. The results are shown in Figures 5d and 5e.

도 5d 및 5e에 나타낸 바와 같이, 파래를 기질로서 사용한 경우에는 분쇄 후 120 ℃에서 30 분간 처리하거나, 클로렐라와 미역의 경우 모두 기질농도가 5 %(v/v)일 때 수소가스의 생산량이 가장 우수함을 확인하였다(도 5d 및 5e).As shown in FIGS. 5D and 5E, when the green seaweed was used as a substrate, it was treated for 30 minutes at 120 ° C. after pulverization, or in the case of chlorella and wakame, the yield of hydrogen gas was best when the substrate concentration was 5% (v / v). It was confirmed excellent (FIGS. 5D and 5E).

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 배양액 내의 혐기성 상태와 발효된 해조류로부터 얻어진 수소가스의 생산량간의 연관성 유무를 조사하기 위하여, 해조류 중 다시마를 이용하여 질소가스를 0, 10, 20, 30, 40, 50, 및 60 분 동안 각각 주입한 후 최적 배양 조건(55 ℃, 200 rpm에서 60 시간 동안 배양)에서 배양하여 상기 다시마로부터 얻어진 수소가스의 생산량을 측정하였다. 결과를 도 6에 나타내었다.In addition, in one embodiment of the present invention in order to investigate the relationship between the anaerobic state in the culture medium and the production of hydrogen gas obtained from fermented algae, the nitrogen gas is 0, 10, 20, 30, 40, After 50, and 60 minutes of injecting, respectively, the production of hydrogen gas obtained from the kelp was measured by culturing at optimum culture conditions (55 ° C., 60 hours at 200 rpm). The results are shown in FIG.

도 6에 나타낸 바와 같이, 20 분 동안 질소가스를 주입한 경우 수소가스의 생산량이 가장 우수함을 확인하였고, 20 분을 초과한 경우에는 수소가스의 생산량이 증가하지 않음을 알 수 있었다(도 6). 이는, 질소가스를 20 분 정도 주입할 경우 배양액 내 혐기성 상태가 거의 이루어짐을 의미한다. As shown in FIG. 6, when nitrogen gas was injected for 20 minutes, it was confirmed that the yield of hydrogen gas was the best, and when it exceeded 20 minutes, the yield of hydrogen gas was not increased (FIG. 6). . This means that when the nitrogen gas is injected for about 20 minutes, the anaerobic state in the culture is almost achieved.

도 1a-d는 본 발명의 일 실시예에 따른 배양 온도에 따른 각 해조류로부터 얻어진 수소가스 생산량을 나타낸 그래프로서, 도 1a는 25 ℃, 도 1b는 35 ℃, 도 1c는 45 ℃ 및 도 1d는 55 ℃의 배양 온도에서 각각 측정한 것이다.Figure 1a-d is a graph showing the hydrogen gas production from each seaweed according to the culture temperature according to an embodiment of the present invention, Figure 1a is 25 ℃, Figure 1b is 35 ℃, Figure 1c is 45 ℃ and Figure 1d Each was measured at a culture temperature of 55 ° C.

도 2a-d는 본 발명의 일 실시예에 따른 배양 시간(0~144 시간, 12 시간 간격)에 따른 각 해조류로부터 얻어진 수소가스 생산량을 나타낸 그래프로서, 도 2a는 25 ℃, 도 2b는 35 ℃, 도 2c는 45 ℃ 및 도 2d는 55 ℃의 배양 온도에서 각각 측정한 것이다.Figure 2a-d is a graph showing the hydrogen gas production from each seaweed according to the incubation time (0 ~ 144 hours, 12 hours interval) according to an embodiment of the present invention, Figure 2a is 25 ℃, Figure 2b is 35 ℃ 2C are measured at 45 ° C. and FIG. 2D at 55 ° C. incubation temperature.

도 3a-d는 본 발명의 일 실시예에 따른 배양 시간(0~144 시간, 12 시간 간격)에 따른 각 해조류내의 pH 변화를 나타낸 그래프로서, 도 3a는 25 ℃, 도 3b는 35 ℃, 도 3c는 45 ℃ 및 도 3d는 55 ℃의 배양 온도에서 각각 측정한 것이다.Figure 3a-d is a graph showing the pH change in each seaweed according to the incubation time (0 ~ 144 hours, 12 hours interval) according to an embodiment of the present invention, Figure 3a is 25 ℃, Figure 3b is 35 ℃, Figure 3c is measured at 45 ° C. and FIG. 3d is a culture temperature of 55 ° C., respectively.

도 4a-c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 기질 처리 조건에 따른 각 해조류로부터 얻어진 수소가스의 생산량을 나타낸 그래프로서, 도 5a는 파래, 도 5b는 김 및 도 5c는 다시마를 이용하여 측정한 것이다.Figure 4a-c is a graph showing the production of hydrogen gas obtained from each seaweed according to various substrate treatment conditions according to an embodiment of the present invention, Figure 5a is blue, Figure 5b is laver and Figure 5c is measured using kelp It is.

도 5a-e는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 기질의 처리 농도에 따른 각 해조류로부터 얻어진 수소가스의 생산량을 나타낸 그래프로서, 도 5a는 파래, 도 5b는 김, 도 5c는 다시마, 도 5d는 클로렐라 및 도 5e는 미역을 이용하여 측정한 것이다.Figure 5a-e is a graph showing the yield of hydrogen gas obtained from each seaweed according to the treatment concentration of various substrates according to an embodiment of the present invention, Figure 5a is green, Figure 5b is laver, Figure 5c is kelp, Figure 5d Is chlorella and Figure 5e is measured using seaweed.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소가스의 주입 시간에 따른 다시마로부터 얻어진 수소가스의 생산량을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the amount of hydrogen gas produced from kelp according to the injection time of nitrogen gas according to an embodiment of the present invention.

Claims (8)

a) 해조류를 처리하는 단계;a) treating the algae; b) 상기 a) 단계를 수행한 해조류와 혐기성 미생물 또는 상기 혐기성 미생물을 포함하는 반응액을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및b) preparing a mixture by mixing the seaweed and the anaerobic microorganism or the reaction solution containing the anaerobic microorganism performing step a); And c) 상기 혼합물을 20 내지 60 ℃ 및 혐기성 조건에서 발효시키는 단계를 포함하고,c) fermenting the mixture at 20 to 60 ° C. and anaerobic conditions, 상기 a) 단계의 해조류의 처리는 분쇄처리; 100 내지 140 ℃의 조건으로 열 처리; 15 내지 25 kHz 조건으로 초음파 처리; 0.1 내지 1.8 N 산을 이용한 산 처리; 및 0.1 내지 1.8 N 알칼리를 이용한 알칼리 처리로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것인Treatment of the seaweed of step a) is a grinding treatment; Heat treatment under conditions of 100 to 140 ° C; Sonication at 15-25 kHz conditions; Acid treatment with 0.1-1.8 N acid; And alkali treatment with 0.1 to 1.8 N alkali. 수소가스의 생산 방법.Hydrogen gas production method. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 a) 단계의 해조류의 열처리는 100 내지 140 ℃에서 15 내지 45 분 동안 열 처리하는 것이고, 상기 초음파 처리는 음파처리기를 이용하여 15 내지 25 kHz에서 25 내지 35 분 동안 초음파 처리하는 것이며, 상기 산처리는 0.1 내지 1.8 N 산을 이용하여 반응시키는 산 처리이고, 상기 알칼리 처리는 0.1 내지 1.8 N 알칼리를 이용하여 반응시키는 알칼리 처리인Heat treatment of the seaweed of step a) is heat treatment for 15 to 45 minutes at 100 to 140 ℃, the ultrasonic treatment is sonication for 25 to 35 minutes at 15 to 25 kHz using a sonic processor, the acid The treatment is an acid treatment to react using 0.1 to 1.8 N acid, and the alkali treatment is an alkali treatment to react using 0.1 to 1.8 N alkali. 수소가스의 생산 방법.Hydrogen gas production method. 제1항 또는 제2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 a)단계의 해조류는 파래이고, 상기 c) 단계의 온도는 52 내지 58 ℃이거나; The algae of step a) is green and the temperature of step c) is 52 to 58 ° C; 상기 a)단계의 해조류는 클로렐라이고, 상기 c) 단계의 온도는 52 내지 58 ℃이거나; The algae of step a) is chlorella, and the temperature of step c) is 52 to 58 ° C; 상기 a)단계의 해조류는 김이고, 상기 c) 단계의 온도는 22 내지 48 ℃이거나;The algae of step a) is laver and the temperature of step c) is 22 to 48 ° C; 상기 a)단계의 해조류는 미역이고, 상기 c) 단계의 온도는 22 내지 38 ℃ 또는 52 내지 58 ℃이거나; The seaweed of step a) is seaweed, and the temperature of step c) is 22 to 38 ° C or 52 to 58 ° C; 상기 a)단계의 해조류는 다시마이고, 상기 c) 단계의 온도는 22 내지 58 ℃ 인 것을 특징으로 하는 Seaweed of step a) is kelp, the temperature of step c) is characterized in that 22 to 58 ℃ 수소가스의 생산 방법.Hydrogen gas production method. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 a) 단계의 해조류는 파래이고, 상기 파래의 처리는 분쇄처리 및 100 내지 140 ℃에서 25 내지 35 분 동안 열 처리를 수행하거나 분쇄처리 및 음파처리기를 이용하여 15 내지 25 kHz에서 25 내지 35 분 동안 초음파 처리하는 것이며, 상기 c) 단계의 발효는 40 내지 88 시간 동안 수행하는 것인,The algae of step a) is a seaweed, the treatment of the seaweed is 25 to 35 minutes at 15 to 25 kHz using a pulverization treatment and sonication treatment or grinding treatment and heat treatment for 25 to 35 minutes at 100 to 140 ℃ To sonicate, and the fermentation of step c) is performed for 40 to 88 hours. 수소가스의 생산 방법.Hydrogen gas production method. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 a) 단계의 해조류는 클로렐라이고, 상기 c) 단계의 발효는 32 내지 88 시간 동안 수행하는 것인,The algae of step a) is chlorella, fermentation of step c) is performed for 32 to 88 hours, 수소가스의 생산 방법.Hydrogen gas production method. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 a) 단계의 해조류는 김이고, 상기 김의 처리는 분쇄처리 및 100 내지 140 ℃에서 25 내지 35 분 동안 열 처리이며, 상기 c) 단계의 발효는 20 내지 100 시간 동안 수행하는 것인, The seaweed of step a) is seaweed, and the treatment of seaweed is ground treatment and heat treatment for 25 to 35 minutes at 100 to 140 ℃, the fermentation of step c) is carried out for 20 to 100 hours, 수소가스의 생산 방법.Hydrogen gas production method. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 a) 단계의 해조류는 미역이고, 상기 c) 단계의 발효는 44 내지 100 시간 동안 수행하는 것인,Seaweed of step a) is seaweed, fermentation of step c) is carried out for 44 to 100 hours, 수소가스의 생산 방법.Hydrogen gas production method. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 a) 단계의 해조류는 다시마이고, 상기 다시마의 처리는 분쇄처리 및 100 내지 140 ℃에서 25 내지 35 분 동안 열 처리이며 상기 c) 단계의 발효는 8 내지 136 시간 동안 수행하는 것인,The seaweed of step a) is kelp, the treatment of the kelp is grinding and heat treatment for 25 to 35 minutes at 100 to 140 ℃ and the fermentation of step c) is carried out for 8 to 136 hours, 수소가스의 생산 방법.Hydrogen gas production method.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101155435B1 (en) * 2010-07-15 2012-07-11 연세대학교 산학협력단 Novel strain Scenedesmus obliquus YSW15
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101134949B1 (en) * 2009-11-05 2012-04-17 신라대학교 산학협력단 Method for producing hydrogen gas and methane gas using by-product from ethanol fermentation of marine algae
WO2013018960A1 (en) * 2011-08-02 2013-02-07 부경대학교 산학협력단 Method for preparing volatile fatty acids using extracts of pre-treated seaweed residues
KR101396324B1 (en) * 2012-07-19 2014-05-16 건국대학교 산학협력단 Method of Anaerobic co-digestion of microalgae and wastewater sludge and device thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Gaffron, H., et al., Fermentative and Photochemical Production of Hydrogen in Algae, The Journal of General Physiology, pp.219-240, Nov.20, 1942

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101155435B1 (en) * 2010-07-15 2012-07-11 연세대학교 산학협력단 Novel strain Scenedesmus obliquus YSW15
KR101870699B1 (en) 2017-09-22 2018-07-19 (주)대현엔텍 Device for generating oxygen

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