KR101394216B1 - 해수를 이용한 미세조류의 배양방법 - Google Patents

해수를 이용한 미세조류의 배양방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해수를 이용한 미세조류의 배양방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 광생물 반응기의 배양기에 미세조류와 미세조류를 배양하기 위한 배양액을 넣은 다음 상기 광생물 반응기를 해수에 부상시키고 태양광에 노출시킨 후 이산화탄소를 공급하는 것을 포함하는 미세조류의 배양방법에 관한 것이다.

Description

해수를 이용한 미세조류의 배양방법{The culture method of microalgae using sea water}
본 발명은 미세조류가 생육하기에 알맞은 수온조건을 갖는 해수에서 광생물반응기를 부상시켜 미세조류를 배양하는 방법에 관한 것이다.
18세기 산업혁명 이후 고도의 산업화로 인해 화석 연료 사용량이 급격하게 증가하였으며, 화석 연료의 연소를 통해 발생하는 CO2 배출의 지속적인 증가로 인해 지구온난화가 점차 가속화되고 있다. 이러한 이유로 화석 연료를 대체할 수 있는 지속가능하고 친환경적인 대체에너지의 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여러 종류의 대체에너지 중 최근 각광받고 있는 개발 분야가 바로 3세대 바이오매스인 해양미세조류를 이용한 바이오에너지 기술이다.
해양 미세조류는 해수에 서식하며 엽록소를 가지고 있어 대기 중 CO2의 흡수를 통해 산소를 생산하는 광합성 생물체로 지구온난화의 원인 물질인 CO2 고정화를 통해 지구온난화를 막을 수 있다. 또한, 이들은 진핵성 단세포로 구성되어 있으며 3대 영양소인 탄수화물, 지방, 단백질뿐만 아니라 미네랄 및 각종 비타민이 함유되어 있다. 해양미세조류라고 분류되는 조류, 규조류, 남조류는 부분적으로 높은 함량의 지질(30% 이상)을 가지는 것으로 보고되고 있다. 이렇게 높은 지방 함량을 가지는 이들 미세조류 종들은 바이오디젤 생산에 있어서 지속가능한 공급 원료로 주목받고 있으며, 지질뿐만 아니라 다량의 탄수화물을 포함하고 있어 이를 이용한 바이오에탄올 생산에도 이용된다.
우리나라는 국토 3면이 모두 바다로 둘러싸여 있어 해양 미세조류의 배양에 유리한 위치를 선점하고 있으며, 이점을 바탕으로 하여 해양 미세조류의 효율적인 배양액의 제조 방법의 개발과 배양 체계가 확립된다면 사실상 우리나라의 해외자원개발을 통한 국가 경쟁력 확보가 가능하다. 게다가 해양 미세조류는 기존의 바이오매스와는 달리 생육 속도가 빨라 1개월에 2~3회 수확이 가능하므로 원료 고갈의 문제가 없으며, 1, 2세대 바이오매스의 한계인 원료 수급의 문제점을 해소할 수 있다. 또한 광대한 바다를 이용한 해양 미세조류의 대량 배양이 가능하므로 대기 중 CO2의 저감 효과와 더불어 대량의 바이오에너지 생산이 가능하다.
현재까지 전세계적으로 미세조류를 산업화로 이용하고 있는 경우는 스피룰리나(Spirulina sp.), 헤마토코커스(Haematococcus sp.) 및 클로렐라(Chlorella sp.) 등이 있으며, 전체 상업적인 건조체 생산량은 약 5천 톤에서 1만 톤 정도의 범위이다. 주로 고부가가치, 식품 첨가용 또는 건강보조 제품들의 용도로 생산되고 있으나, 바이오연료 상용화는 현재 진행형이다. 위에서 설명한 상업용 미세조류들은 태양광을 직접 사용할 수 있다는 장점 때문에 대부분 개방형수조시스템(open raceway system, ORS)에서 생산되어 판매되고 있다. 물론 상업용 미세조류 생산 시설들은 각 회사의 특성에 맞게 ORS 또는 밀폐형배양시스템(photobioreactor and/or fermentor, PBRF)을 채택하여 운용하고 있다. 이러한 두 시스템은 각각 장단점이 있다. PBRF는 설치하는 비용이 훨씬 많이 들지만 실제 상업적 생산 능력은 다른 반응 장치들보다 높다.
따라서 초기비용 및 운영비용을 저감할 수 있는 새로운 구조 및 저단가의 배양기를 개발하는 것은 미세조류 바이오연료 및 고기능성 물질을 생산하기 위한 중요한 기술이지만, 아직까지 국내외에서 해양에 직접 배양기를 부상시켜 배양하는 활용 기술이 필요한 실정이다.
이와 관련된 선행문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1125711호(2012.03.05. 등록)에 개시되어 있는 "분사 장비를 구비한 광생물 반응기 및 이를 이용한 미세조류의 배양 방법"이 있다.
따라서, 본 발명은 미세조류를 저가의 생산시설을 구축하여 해수에서 효율적으로 배양할 수 있는 방법을 제공하는데 목적을 두고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 광생물 반응기의 배양기에 미세조류와 미세조류를 배양하기 위한 배양액을 넣은 다음 상기 광생물 반응기를 해수에 부상시키고 태양광에 노출시킨 후 이산화탄소를 공급하는 것을 포함하는 미세조류의 배양방법을 제공한다.
이때, 상기 광생물 반응기는 해수에 부상하고 배양기가 고정되는 원형의 고정홈을 포함하는 반응기 본체; 및 상기 배양기 하단을 지지하되 상기 배양기의 일부가 해수면 아래에 위치하도록 고정하는 배양기 지지 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 반응기 본체의 일측에는 해수로부터 광생물 반응기가 용이하게 회수되도록 섬유나 고무 재질의 줄이 고정되는 고정부재를 더 포함할 수 있다.
상기 배양기 지지 부재의 하부에는 해수에서의 안정적 부상을 위한 역원뿔 형상의 부상 부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배양기는 배양기 상단에 구비되되 미세조류가 생산한 산소를 외부로 배출하는 배출 밸브; 배양기 상단에 구비되되 배양기 내부로 연장되어 미세조류에 이산화탄소를 공급하고 배양기 내부로 배양액을 공급하는 공급 밸브; 및 배양기 상부의 외측 둘레면에 구비되되 해수가 유입 및 배출되는 냉각관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각관은 상기 배양기 내부의 온도 상승으로 인해 배양액이 증발되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
상기 미세조류는 스피룰리나 맥시마(Spirulina maxima), 난노크로롭시스(Nannochloropsis sp.) 및 아이소크라이시스 갈바나(Isocrysis galbana)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 배양기는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 아크릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질이 혼합되어 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 해수의 온도는 26 - 33 ℃인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 배양기가 고정되는 원통형의 고정홈을 포함하고 해수에 부상하는 반응기 본체; 및 상기 배양기 하단을 지지하되 상기 배양기의 일부가 해수면 아래로 위치하도록 고정하는 배양기 지지 부재;를 포함하는 광생물 반응기의 배양기에 미세조류와 미세조류를 배양하기 위한 배양액을 넣은 다음, 상기 광생물 반응기를 해수에 부상시키고 태양광에 노출시킨 후 이산화탄소를 공급하고, 상기 배양기 상부의 외측 둘레면에 구비되되 해수가 유입 및 배출되는 냉각관을 포함하여 태양광에 증발된 배양액을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 미세조류의 배양방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 파도 및 대류현상을 이용하여 포기(aeration) 공정 없이 배양액을 순환시킬 수 있으며, 일반적인 수온보다 높은 열대지방 또는 수온이 연중 일정치 않아 미세조류를 연중 성장시킬 수 없는 온대지방이나 고위도 지방의 발전소 인근의 온배수 배출 해역을 이용함으로써 미세조류를 배양할 수 있다.
또한, 해수를 자연 냉매로 사용함으로써 배양기 내 증발된 배양액을 액화시킬 수 있어 배양액 증발량을 최소화할 수 있으며, 다수개의 배양기를 사용하여 배양기내 오염원 관리가 용이하고 미세조류의 대량 생산이 용이한 구조의 광생물 반응기를 제공할 수 있으므로, 미세조류를 활용한 바이오매스 생산에 유용하게 이용할 수 있다.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서 광생물 반응기를 나타낸 수직단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서 광생물 반응기의 수평단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서 배양기를 나타낸 수직단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서 배양기를 나타낸 수평단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서 다수의 배양기가 구비된 광생물 반응기를 나타낸 수평단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법을 이용하여 배양된 미세조류 3종의 균체 생육 및 바이오매스 수득율의 평균값을 나타낸 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 광생물 반응기의 배양기에 미세조류와 미세조류를 배양하기 위한 배양액을 넣은 다음 상기 광생물 반응기를 해수에 부상시키고 태양광에 노출시킨 후 이산화탄소를 공급하는 것을 포함하는 미세조류의 배양방법을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서 광생물 반응기를 나타낸 수직단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서 광생물 반응기의 수평단면도이다.
도 1 및 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서 광생물 반응기(100)는 반응기 본체(120) 및 배양기 지지 부재(130)를 포함하며, 상기 반응기 본체(120)는 해수에 부상할 수 있는 재질로 제조되어 해수에서 부상할 수 있고, 배양기(110)가 고정되는 고정홈(121)을 포함한다. 또한, 상기 배양기 지지 부재(130)는 상기 배양기(110) 하단을 지지하며, 상기 배양기(110) 일부가 해수면 아래에 위치하도록 고정할 수 있다. 반응기 본체(120)에 포함된 고정홈(121)은 배양기(110)의 수에 따라 고정홈(121)의 개수가 정해지므로, 반응기 본체(120)에 다수개의 고정홈(121)이 구비될 수 있고, 고정홈(121)의 형태는 배양기(110) 형태에 따라 다양한 형상으로 이루어질 수 있으나, 일반적으로 원통형의 배양기(110)를 사용하므로 원형일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서 광생물 반응기(100)는 반응기 본체(120)의 일측에 고정부재(122)를 더 포함할 수 있고, 고정부재(122)를 구비함으로써 파도, 조류, 바람 등에 의해 광생물 반응기(100)가 유실되는 것을 방지하고, 고정부재(122)에 섬유나 고무 재질의 줄이 연결되어 해수로부터 광생물 반응기(100)가 용이하게 회수될 수 있다.
본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서 상기 배양기(110)에는 미세조류 및 배양액이 구비된다. 일반적으로 조류(algae)는 원생생물계에 속하는 진핵생물군으로서 대부분 광합성 색소를 가지고 독립 영양생활을 하며 식물체와 달리 외형적 및 기능적으로 뿌리, 줄기 및 잎 등이 구별되지 않으며, 미세조류(microalgae)는 상기 조류 중에서 광합성 색소를 가지고 광합성을 하는 단세포 생물들에 대한 통칭으로, 규조, 녹조, 남조, 부착조류 등을 포함한다. 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서는 스피룰리나 맥시마(Spirulina maxima), 난노크로롭시스(Nannochloropsis sp.) 또는 아이소크라이시스 갈바나(Isocrysis galbana) 등의 미세조류를 배양시키기 위한 것이 목적이고, 전술한 미세조류가 1종 이상 포함될 수도 있다.
또한, 상기 배양액은 미세조류를 배양하기 위한 배양체, 즉 스피룰리나 맥시마(Spirulina maxima), 난노크로롭시스(Nannochloropsis sp.), 아이소크라이시스 갈바나(Isocrysis galbana) 등이 필요로 하는 영양물질을 주성분으로 하고, NaNO3와 Na, P, Si, Fe, Cu, Mo, Zn, Co, Mn 등의 무기염류와 비타민 B12, 비오틴 등이 선택적으로 포함될 수 있다.
상기 배양기(110)에 미세조류 및 배양액을 넣은 후 상기 배양기(110)를 광생물 반응기(100)에 고정시킨 다음, 광생물 반응기(100)를 해수 또는 담수에 부유시키고 태양광에 노출시키면 미세조류는 광합성하고 광합성에 의해 소모된 이산화탄소를 배양기(110)로 공급하여 미세조류를 배양시킨다. 미세조류는 해수 또는 담수의 표층 수온을 이용하여 배양될 수 있다. 구체적으로 일반적인 수온보다 높은 열대지방의 해수, 온대지방이나 고위도 지방의 발전소의 냉각수로 사용 후 배출되는 해수를 이용하여 미세조류를 배양할 수 있으며, 상기 해수 또는 담수의 온도는 26 - 33 ℃인 것이 바람직하다.
또한, 상기 배양기(110)에 포함된 배양액은 반응기 본체(120)에 의해 배양기(110) 일부가 해수면 아래에 위치하게 함으로써 해수면 아래에 위치한 배양액과 해수면 위에 위치한 배양액에서는 온도 차이로 인한 대류 현상이 발생하여 배양액을 순환시킬 수 있고, 구체적으로 주간 복사열에 의한 해수면 위에 위치한 배양액의 온도 상승 후 야간에 해수면 아래에 위치한 배양액의 수온 하강에 의해 대류현상이 더욱 활발하게 일어날 수 있다. 또한, 파도에 의한 광생물 반응기의 유동에 의해 배양액을 추가적으로 교반하거나 포기(aeration)시키는 공정이 생략될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서 부상 부재를 포함하는 광생물 반응기를 나타낸 수직단면도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 광생물 반응기(200)는 반응기 본체(220), 배양기 지지 부재(230) 및 부상 부재(240)를 포함한다. 상기 반응기 본체(220)는 해수에 부상되는 재질로 만들어지는 것이 바람직하고, 배양기(210)가 고정될 수 있도록 원형의 고정홈(도 3 참고)을 포함한다. 배양기 지지 부재(230)는 상기 배양기(210) 하단을 지지하되 상기 배양기(210)의 일부가 해수면 아래에 위치하도록 고정할 수 있고, 상기 부상 부재(240)는 역원뿔(inverted truncated cone) 형상으로 상기 배양기 지지 부재(230)의 하부에 구비되어 해수에서 광생물 반응기(200)가 안정적으로 부상되도록 한다. 상기 부상 부재(240)는 광생물 반응기(200)의 중심추 역할을 하여 안정적으로 해수면에 위치하게 하고, 파도에 의해 해수면이 급격히 변화하는 상황에서도 광생물 반응기(200)를 해수면으로 용이하게 부상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서 배양기를 나타낸 수직단면도이다.
상기 배양기(110)는 배출 밸브(111), 공급 밸브(112) 및 냉각관(113)을 포함하고, 배출 밸브(111)는 배양기(110) 상단에 구비되고 미세조류가 생산한 산소를 외부로 배출시키는 역할을 수행한다. 상기 공급 밸브(112)는 배양기(110) 상단에 구비되고 배양기(110) 내부로 연장되어 미세조류에 이산화탄소를 공급하고 배양기(110) 내부로 배양액을 공급할 수 있다. 또한, 상기 냉각관(113)은 배양기(110) 상부의 외측 둘레면에 구비되되 해수가 유입 및 배출되어 상기 배양기(110) 내부의 온도 상승으로 인해 배양액이 증발되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배양액을 배양기(110)에 공급하는 추가 공정이 필요하지 않고 배양액을 배양기 내에 일정한 양으로 존재하게 하므로 효율적으로 미세조류를 배양시킬 수 있다.
상기 배양기는 투명하고 가벼운 재질로 만들어지는 것이 바람직하고, 또한 미세조류의 부착밀도가 낮은 막 특성을 갖는 것이 바람직하다. 이에 본 발명에 따른 배양기는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 아크릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질이 혼합되어 제조되는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서 배양기를 나타낸 수평단면도이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 전술한 냉각관(113)은 배양기 상부의 외축 둘레면에 구비되어 해수가 통과하게 되고, 태양광으로 증발된 배양액은 냉각관(113)의 해수를 통해 냉각되어 배양액이 증발되는 것을 방지할 수 있다. 상기 냉각관(113)에서의 해수의 공급은 순환 펌프를 이용하여 공급될 수 있고, 순환 펌프의 전력은 광생물 반응기에 구비된 태양열 판과 축전지에 의해 공급될 수 있다(미도시).
도 6은 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법에서 다수의 배양기가 구비된 광생물 반응기를 나타낸 수평단면도이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 광생물 반응기(300)는 다수의 배양기(310)를 구비하기 위해 광생물 반응기(300)의 반응기 본체가 육각형일 수 있으나, 반응기 본체 대비 다수의 배양기를 구비할 수 있는 형태면 이에 제한되는 것은 아니다. 전술한 바와 같이, 광생물 반응기는 다수의 배양기를 포함함으로써, 미세조류를 대량으로 배양할 수 있다.
또한, 본 발명은 배양기가 고정되는 원통형의 고정홈을 포함하고 해수에 부상하는 반응기 본체; 및 상기 배양기 하단을 지지하되 상기 배양기의 일부가 해수면 아래로 위치하도록 고정하는 배양기 지지 부재;를 포함하는 광생물 반응기의 배양기에 미세조류와 미세조류를 배양하기 위한 배양액을 넣은 다음, 상기 광생물 반응기를 해수에 부상시키고 태양광에 노출시킨 후 이산화탄소를 공급하고,
상기 배양기 상부의 외측 둘레면에 구비되되 해수가 유입 및 배출되는 냉각관을 포함하여 태양광에 증발된 배양액을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 미세조류의 배양방법을 제공한다.
본 발명에 따른 미세조류의 제조방법은 광합성 미생물로부터 생산될 수 있는 모든 유용산물을 생산할 수 있고, 특히 미세조류를 이용하여 바이오 매스 생산에 적합하며, 광합성으로 인한 이산화탄소의 제거에도 적용될 수 있다.
실시예: 미세조류의 배양
실험에 이용된 미세조류는 한국 해양 미세조류 은행에서 분양받은 스피룰리나 맥시마(Spirulina maxima, KMMCC-1379), 난노크로롭시스(Nannochloropsis sp., KMMCC-177), 아이소크라이시스 갈바나(Isocrysis galbana, KMMCC-214)를 각각 사용하였다. 스피롤리나의 배양은 알칼리성 무기배지인 SOT 배지를 사용하였고, 그 조성을 하기 표 1에 나타내었다. 난노크로롭시스와 아이소크라이시스의 배양은 Conway 배지를 사용하였고, 그 조성을 하기 표 3에 나타내었다. 배양환경은 옥외 및 실내의 두 그룹으로 나누어 실시하였다. 옥외 배양은 투명 폴리카보네이트 용기를 사용하였고, 전술한 광생물 반응기(도 1, 도 2 및 도 3 참고)를 사용하였다. 실내 배양에서도 동일한 용기를 사용하였고, 에어 브로워 펌프를 이용하여 인위적으로 용기 내부의 배양액을 교반시켰으며, 광 주기는 실외 배양과 동일하게 13(light):11(dark)을 유지하였다. 초기 접종은 스피룰리나 맥시마, 난노크로롭시스, 아이소크라이시스 갈바나를 각각 0.0175 g/L, 0.0650 g/L, 0.0677 g/L 수준으로 하였다.
SOT 배지
조성 함량
NaHCO3 16.8g
K2HPO4 0.5g
NaNO3 2.5g
K2SO4 1.0g
NaCl 1.0g
MgSO4·H2O 0.2g
CaCl2·H2O 0.04g
FeSO4·H2O 0.01g
Na2EDTA 0.081g
A5 solution 1mL
A5 solution
H3BO3 2.86g
MnSO4·H2O 2.5g
ZnSO4·H2O 0.222g
CuSO4·H2O 0.079g
Na2MoO4·H2O 0.021g
증류수 1L
Conway 배지
조성 함량
KNO3 0.116g
NaEDTA 0.045g
H3BO3 0.0336g
MnCl2·H2O 0.00036g
ZnCl2 0.0021g
CoCl2·H2O 0.002g
(NH4) 6MoO7·H2O 0.0009g
CuSO4·2O 0.002g
Vitamin B1 0.00002g
Vitamin B12 0.00001g
Na2H2PO4·H2O 0.02g
FeCl3·H2O 0.0013g
증류수 1L
하기 표 4는 스피룰리나 맥시마(Spirulina maxima, KMMCC-1379), 난노크로롭시스(Nannochloropsis sp., KMMCC-177), 아이소크라이시스 갈바나(Isocrysis galbana, KMMCC-214)의 실내 및 실외 배양시 온도, pH 및 염도(salinity) 변화를 1일에서 10일까지 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
Figure 112013086517139-pat00001
상기 표 4에서 in 및 out은 각각 실내배양 및 옥외 해양배양을 나타낸다. 표 4에 나타난 바와 같이, 실험기간 동안 실내배양 조건과 옥외 해양배양 시설에서의 배양액 온도는 26 - 33 ℃ 범위로 약 8 ℃ 정도의 높은 변화폭을 나타내었다. 염도와 pH는 실내외의 조건이 거의 유사하였다. 스피룰리나 맥시마를 제외한 두 종의 옥외 해양배양 조건하에서 pH 변화는 바이오매스 생산량이 증가함에 따라 유의하게 증가하는 경향을 보였다. 대류를 일으키는 온도 변화의 원천으로서 배양기 내 배양액 온도는 10일간 28.2 - 35.3 ℃의 범위를 보였고, 평균수온은 아침 9시에 29.6±0.7 ℃, 정오에 31.7±1.6 ℃, 저녁 6시에 30.9±1.3 ℃로 나타나 주간과 야간의 배양액 온도의 차이가 크게 나타났다. 반면 배양기 외부의 해수 수온은 28.1±0.7 ℃로 비교적 온도 차이가 크지 않았다.
실험예: 미세조류 바이오매스의 생산성 분석
본 발명에 따른 미세조류의 배양방법을 이용하여 배양된 미세조류 3종의 균체 생육 및 바이오매스 수득율의 평균값을 도 7에 나타내었다.
도 7을 참고하면, 안정된 환경의 실험실과 옥외 해양배양의 결과를 비교한 결과로부터 기존에 사용하는 실험실 배양보다 상대적으로 더 높은 수준의 균체 생육과 바이오매스 수득율을 보임으로써 본 발명에 따른 미세조류의 배양방법으로 경제적인 미세조류 배양이 가능함을 확인하였다. 세 종의 성장 패턴은 6 - 8일째부터 상당히 다른 양상을 보이며, 실험이 종료되는 시점인 10일째에는 1.3 - 2배 정도의 평균 성장 차이를 보였다. 특히 난노크로롭시스의 경우에는 평균 바이오매스가 실험실에서 0.63 g/L였으나, 옥외 해양배양에서는 약 2배인 1.18 g/L로 나타나 산업적인 이용가능성을 확인하였다.
현재까지 스피룰리나 맥시마를 포함한 미세조류 생산시 높은 생산단가가 가장 큰 문제였으며, 이로 인해 많은 나라에서 미세조류 생산의 산업화를 실행하지 못하였으나, 본 발명에 따른 미세조류 배양방법의 시스템을 이용한다면 1.0 g/L 이상의 최종 생산량을 보이므로, 산업적으로 이용할 수 있는 것으로 판단된다.
지금까지 본 발명에 따른 해수를 이용한 미세조류의 배양방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 200, 300: 광생물 반응기
110, 210, 310: 배양기
120, 220: 반응기 본체
111: 배출 밸브 112: 공급 밸브
113: 냉각관
121: 고정홈 122: 고정부재
130, 230: 배양기 지지 부재
240: 부상 부재

Claims (10)

  1. 광생물 반응기의 배양기에 미세조류와 미세조류를 배양하기 위한 배양액을 넣은 다음 상기 광생물 반응기를 해수에 부상시키고 태양광에 노출시킨 후 이산화탄소를 공급하는 것을 포함하고,
    상기 광생물 반응기는 해수에 부상하고 배양기가 고정되는 원형의 고정홈을 포함하는 반응기 본체; 및 상기 배양기 하단을 지지하되 상기 배양기의 일부가 해수면 아래에 위치하도록 고정하여 해수면 아래에 위치한 배양액과 해수면 위에 위치한 배양액에서의 온도 차이로 인한 대류 현상을 발생시켜 배양액을 순환시키는 배양기 지지 부재를 포함하며,
    상기 배양기 상부의 외측 둘레면에 구비되어 상기 배양기 내부의 온도 상승으로 인한 배양액의 증발을 방지하는 냉각관을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류의 배양방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응기 본체의 일측에는 해수로부터 광생물 반응기가 용이하게 회수되도록 섬유나 고무 재질의 줄이 고정되는 고정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류의 배양방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배양기 지지 부재의 하부에는 해수에서의 안정적 부상을 위한 역원뿔 형상의 부상 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류의 배양방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배양기는 배양기 상단에 구비되되 미세조류가 생산한 산소를 외부로 배출하는 배출 밸브; 및 배양기 상단에 구비되되 배양기 내부로 연장되어 미세조류에 이산화탄소를 공급하고 배양기 내부로 배양액을 공급하는 공급 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류의 배양방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 미세조류는 스피룰리나 맥시마(Spirulina maxima), 난노크로롭시스(Nannochloropsis sp.) 및 아이소크라이시스 갈바나(Isocrysis galbana)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 미세조류의 배양방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배양기는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 아크릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질이 혼합되어 제조되는 것을 특징으로 하는 미세조류의 배양방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 해수의 온도는 26 - 33 ℃인 것을 특징으로 하는 미세조류의 배양방법.
  10. 삭제
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