KR101408239B1 - 미세조류 광생물반응기 및 이를 이용한 미세조류 생산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세조류 광생물반응기 및 이를 이용한 미세조류 생산방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세조류 및 배양액을 수용하기 위한 비닐백을 연속 공급하여 미세조류의 배양 및 회수를 용이하게 할 수 있는 미세조류 광생물반응기 및 이를 이용한 미세조류 생산방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 미세조류 광생물반응기는, 지면으로부터 일정높이 이격 설치된 걸이대에 연속공급이 가능한 비닐백이 설치되고 상기 비닐백에서 인출된 비닐백 하부에는 이산화탄소공급부와 산소배출부가 형성된 밀폐수단이 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

미세조류 광생물반응기 및 이를 이용한 미세조류 생산방법{Photobioreactor for microalgae and method for production of microalgae using the same}

본 발명은 미세조류 광생물반응기 및 이를 이용한 미세조류 생산방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세조류 및 배양액을 수용하기 위한 비닐백을 연속 공급하여 미세조류의 배양 및 회수를 용이하게 할 수 있는 미세조류 광생물반응기 및 이를 이용한 미세조류 생산방법에 관한 것이다.

전 세계적으로 석유, 천연가스 등의 고갈, 수급체계의 불안정성 등의 고유가 위기가 조성되고 있으며, 이와 더불어 기후변화, 환경파괴 등의 생태계 보호를 위하여 화석에너지의 사용 제한이 가시화되고 있는 실정이다.

이에 따라 세계 각국은 신재생에너지 개발은 물론, 기존의 화력발전의 효율 증대와 친환경 제고에 힘을 기울이고 있으며 바이오매스의 이용도 각광을 받고 있다.

최근에는 바이오연료 생산에 따른 곡물자원의 가격 인상과 식량자원에 관한 우려로 미세조류 이용 연구가 바이오연료 생산에 초점을 맞추어 광합성 미생물의 유전체, 유전자 등 기초 연구뿐만 아니라, 미생물 개량, 반응기, 시스템 연구 등 응용연구가 대규모로 진행되고 있다.

특히 고활성 조류를 개발하기 위해 고효율 광생물반응기 및 고농도 배양기술의 개발이 시도되고 있으며, 미세조류와 같은 광합성 미생물을 배양하는 방법은 크게 옥외배양법과 광생물반응기를 이용하는 방법으로 나눌 수 있다.

옥외배양법의 경우는 연못형태나 외륜으로 배지를 순환시키는 수로형태를 예로 들 수 있는데, 설치비나 운영비가 적게 드는 반면, 고농도의 배양이 힘들고 다른 미생물에 의해 오염되기 쉬워 광합성 산물의 회수비용이 증가한다는 단점이 있다.

따라서, 광합성 미생물을 이용한 고부가가치 물질의 생산이 가능하게 되고, 특히 생물학적 이산화탄소 고정화 공정에 광합성 미생물의 고농도 대량배양 기술이 필수적으로 요구됨에 따라 배양효율이 높은 광생물반응기에 대한 수요가 증대되고 있는 실정이다.

특히, 우리나라와 같이 설치 부지가 부족한 나라에서는 광 활용 효율을 높이기 위해 수 cm의 원통형 컬럼을 수직으로 배치한 광생물반응기의 실용화 가능성이 높다.

그러나, 종래의 광생물반응기는 반응기 구조의 복잡성으로 인한 고가의 설치비와 관리 인력 때문에 대규모화가 곤란하다는 단점이 있어 경제성이 떨어지는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 미세조류 배양 시 미세조류 및 배양액을 수용하기 위한 연질의 비닐백을 원하는 길이로 연속 공급할 수 있어서 미세조류 배양 준비 및 배양된 미세조류의 회수를 신속하게 처리할 수 있는 미세조류 광생물반응기 및 이를 이용한 미세조류 생산방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 미세조류 광생물반응기는, 지면으로부터 일정높이 이격 설치된 걸이대에 연속공급이 가능한 비닐백이 설치되고 상기 비닐백에서 인출된 비닐백 하부에는 이산화탄소공급부와 산소배출부가 형성된 밀폐수단이 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 미세조류 생산방법은 미세조류 및 배양액을 수용하기 위해 연속공급이 가능한 비닐백을 원하는 길이로 인출하는 비닐백 공급단계와; 상기 인출된 비닐백의 하부에 이산화탄소공급부 및 산소배출부가 형성된 밀폐수단을 결합시키는 배양조 형성단계와; 상기 배양조 내부에 미세조류 및 배양액을 공급하여 미세조류를 배양시키는 미세조류 배양단계와; 상기 배양조의 일부를 절단하여 농축 배양된 미세조류를 회수하는 미세조류 회수단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 미세조류 광생물반응기 및 이를 이용한 미세조류 생산방법은, 미세조류 배양 시 미세조류 및 배양액을 수용하기 위한 연질의 비닐백을 원하는 길이로 연속 공급할 수 있어서 미세조류 배양 준비 및 배양된 미세조류의 회수를 신속하게 처리함으로써, 미세조류의 생산시간 단축 및 인력절감의 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 미세조류 광생물반응기를 도시한 개략 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 미세조류 광생물반응기의 다른 일예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 미세조류 생산방법을 도시한 공정도.
도 4는 본 발명에 따른 미세조류 생산방법의 다른 일예를 도시한 도면.

본 발명에 따른 미세조류 광생물반응기는, 지면으로부터 일정높이 이격 설치된 걸이대에 연속공급이 가능한 비닐백이 설치되고 상기 비닐백에서 인출된 비닐백 하부에는 이산화탄소공급부와 산소배출부가 형성된 밀폐수단이 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밀폐수단은 상기 비닐백의 하부 내주면에 삽입되는 마개와, 상기 비닐백과 마개의 결합 부위에 밀착 삽입되는 캡으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이산화탄소공급부는 외부에 구비된 이산화탄소저장조에 연결되어 상기 밀폐수단을 관통하는 공급배관과, 상기 공급배관의 일측에 설치되어 이산화탄소를 공급시키는 펌프로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공급배관의 일측에 한 개 또는 한 개 이상의 밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 산소배출부는 상기 밀폐수단을 관통하며 인출된 비닐팩 내부에 공급된 이산화탄소에서 분해된 산소가 배출되는 배출배관과, 상기 배출배관의 일측에 설치되어 산소를 외부로 배출되게 하는 펌프로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배출배관의 상부에 부이가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비닐백은 롤 형태로 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 미세조류 생산방법은, 미세조류 및 배양액을 수용하기 위해 연속공급이 가능한 비닐백을 원하는 길이로 인출하는 비닐백 공급단계와; 상기 인출된 비닐백의 하부에 이산화탄소공급부 및 산소배출부가 형성된 밀폐수단을 결합시키는 배양조 형성단계와; 상기 배양조 내부에 미세조류 및 배양액을 공급하여 미세조류를 배양시키는 미세조류 배양단계와; 상기 배양조의 일부를 절단하여 농축 배양된 미세조류를 회수하는 미세조류 회수단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미세조류 회수단계에서 상기 배양조의 중간부에 고정수단을 설치하여 복수의 배양조로 분배하며, 하부측 배양조는 절단하여 회수하고 상부측 배양조는 하부에 밀폐수단을 다시 결합시켜 남은 배양액으로 연속 배양이 가능하도록 하는 배양조 분배과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밀폐수단은 상기 비닐백의 하부 내주면에 삽입되는 마개와, 상기 비닐백과 마개의 결합 부위에 밀착 삽입되는 캡으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배양조 형성단계에서 상기 배양조 내부로 삽입되는 산소배출부의 배출배관 상부에 부이를 설치하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 미세조류 광생물반응기를 도시한 개략 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 미세조류 광생물반응기의 다른 일예를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 미세조류 생산방법을 도시한 공정도이고, 도 4는 본 발명에 따른 미세조류 생산방법의 다른 일예를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 미세조류 광생물반응기는 지면으로부터 일정높이 이격 설치된 걸이대(2)에 연속공급이 가능한 롤 형태의 비닐백(1)이 회전 가능하게 설치되고 상기 비닐백(1)에서 인출된 비닐백(1) 하부에는 이산화탄소공급부(3)와 산소배출부(4)가 형성된 밀폐수단(5)이 결합된다.

즉, 상기 인출된 비닐백(1)의 하부에 이산화탄소공급부(3) 및 산소배출부(4)가 형성된 밀폐수단(5)을 결합시킴으로써 배양조(6)가 형성된다.

상기 배양조(6)는 수직방향으로 위치하도록 별도로 마련된 지지프레임(미도시)에 의해 지지하게 된다.

상기 밀폐수단(5)은 상기 비닐백(1)의 하부 내주면에 삽입되는 마개(51)와, 상기 비닐백(1)과 마개(51)의 결합 부위에 밀착 삽입되는 캡(52)으로 구성된다.

상기 이산화탄소공급부(3)는 외부에 구비된 이산화탄소저장조(31)에 연결되어 상기 밀폐수단(5)을 관통하는 공급배관(32)과, 상기 공급배관(32)의 일측에 설치되어 이산화탄소를 공급시키는 펌프(33)로 구성된다. 상기 공급배관(32)의 일측에 한 개 또는 한 개 이상의 밸브(34)가 더 구비된다.

상기 산소배출부(4)는 상기 밀폐수단(5)을 관통하며 인출된 비닐팩(1) 내부에 공급된 이산화탄소에서 분해된 산소가 배출되는 배출배관(41)과, 상기 배출배관(41)의 일측에 설치되어 산소를 외부로 배출되게 하는 펌프(42)로 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배출배관(41)의 상부에 부이(8)가 더 설치될 수 있으며, 상기 부이(8)는 상기 비닐팩(1) 내부에 미세조류 및 배양액이 수용되어 있는 경우에 상기 배출배관(41)이 비닐팩(1) 내부에서 수직방향을 유지하게 하여 비닐팩(1)의 내주면에 배출배관(41)이 정전기력으로 서로 붙지 않도록 방지하는 역할을 하고, 상기 비닐팩(1)의 내부에 미세조류 및 배양액 공급 시에는 서서히 배출배관(41)을 수직방향으로 세워지도록 안내하는 역할을 하게 된다.

한편, 전술한 미세조류 광생물반응기를 이용한 미세조류 생산방법은 비닐백 공급단계(100), 배양조 형성단계(200), 미세조류 배양단계(300), 미세조류 회수단계(400)를 포함한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 상기 비닐백 공급단계(100)에서는 미세조류 및 배양액을 수용하기 위해 연속공급이 가능한 롤 형태의 비닐백(1)을 원하는 길이로 인출하게 된다. 상기 비닐백(1)은 지면으로부터 일정높이 이격 설치된 걸이대(2)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

상기 배양조 형성단계(200)에서는 상기 인출된 비닐백(1)의 하부에 이산화탄소공급부(3) 및 산소배출부(4)가 형성된 밀폐수단(5)을 결합시켜 배양조(6)를 형성하게 된다. 상기 배양조(6)는 수직방향으로 위치하도록 별도로 마련된 지지프레임(미도시)에 의해 지지하게 된다.

상기 이산화탄소공급부(3)는 외부에 구비된 이산화탄소저장조(31)에 연결되어 상기 배양조(6)에 연결 삽입되는 공급배관(32)과, 상기 공급배관(32)의 일측에 설치되어 이산화탄소를 배양조(6) 내부로 공급시키는 펌프(33)로 구성된다. 또한, 상기 공급배관(32)에는 이산화탄소가 공급되기 이전에 미세조류 및 배양액이 먼저 공급될 수 있으며, 상기 공급배관(31)의 일측에 하나 이상의 밸브(34)가 구비된다.

상기 산소배출부(4)는 상기 배양조(6)에 연결 삽입되며 배양조(6) 내부로 공급된 이산화탄소에서 분해된 산소가 배출되는 배출배관(41)과, 상기 배출배관(41)의 일측에 설치되어 산소를 외부로 배출되게 하는 펌프(42)로 구성된다. 상기 공급배관(32) 및 배출배관(41)은 수지재질의 튜브를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 밀폐수단(5)은 상기 비닐백(1)의 하부 내주면에 삽입되는 마개(51)와, 상기 비닐백(1)과 마개(51)의 결합 부위에 밀착 삽입되는 캡(52)으로 구성된다. 상기 마개(51) 및 캡(52)은 고무재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서, 마개(51)를 비닐백(1)의 하부 내주면에 삽입시키고 캡(52)을 그 외부에 밀착되게 삽입시켜 배양조(6)의 하부를 폐쇄함으로써 배양조(6) 내부로 미세조류 및 배양액을 공급할 수 있게 된다.

한편, 상기 배양조 형성단계(200)에서 상기 산소배출부(4)를 관통하여 배양조(6) 내부로 삽입되는 배출배관(41)의 상부에 부이(8)를 설치하는 과정을 더 포함할 수 있다.

상기 부이(8)는 상기 배양조(6) 내부에 미세조류 및 배양액이 수용되어 있는 경우에 상기 배출배관(41)이 배양조(6) 내부에서 수직방향을 유지하게 하여 배양조(6)의 내주면에 배출배관(41)이 정전기력으로 서로 붙지 않도록 방지하는 역할을 하고, 상기 배양조(6)의 내부에 미세조류 및 배양액 공급 시에는 서서히 배출배관(41)을 수직방향으로 세워지도록 안내하는 역할을 하게 된다.

상기 미세조류 배양단계(300)에서는 상기 배양조(6) 내부에 미세조류 및 배양액을 공급하여 미세조류를 배양시키며, 상기 이산화탄소공급부(3)를 통해 이산화탄소가 공급되기 전에 미세조류 및 배양액을 먼저 공급한다.

미세조류와 배양액이 공급되면, 미세조류 배양이 시작되며 미세조류는 이산화탄소를 이산화탄소공급부(3)로부터 공급받아 광합성작용을 일으켜 산소를 배출하며 성장한다.

상기 미세조류 회수단계(400)에서는 상기 배양조(6)의 일부를 절단하여 농축 배양된 미세조류를 회수하게 되는 것으로, 배양이 완료된 미세조류가 수용되어 있는 배양조(6)의 상부를 절단하여 회수하게 된다.

배양이 완료된 미세조류는 회수를 위해 배양조(6) 하부로 농축시킬 필요가 있고, 이때 농축방법으로는 통상의 공지된 빛을 이용하는 방법 또는 농축약품을 이용하는 방법 등이 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 미세조류 회수단계(400)에서 상기 배양조(6)의 중간부에 고정수단(7)을 설치하여 복수의 배양조(6)로 분배하며, 하부측 배양조(6a)는 절단하여 회수하고 상부측 배양조(6b)는 하부에 밀폐수단(5)을 다시 결합시켜 남은 배양액으로 연속 배양이 가능하도록 하는 배양조 분배과정을 더 포함할 수 있다.

미세조류의 배양이 완료되면, 배양조(6)의 상단을 절단하여 회수함은 물론, 상기 배양조(6)를 분배하여 일부는 회수하고, 나머지는 남겨두었다가 배양액을 충진하여 연속 배양한다. 특히 상기 배양조(6) 절단 시 상부측 배양조(6b)의 하부에 밀폐수단(5)을 결합시켜야 하므로 이를 감안하여 여유를 두고 절단한다.

상기 고정수단(7)은 배양조(6)를 복수로 분배시키도록 배양조(6)의 표면에 밀착 가압되는 집게 또는 밀봉대로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 고정수단(7)은 상기 분배된 하부측 배양조(6a)를 회수하고 난 후 바로 분리하지 않고 밀폐수단(5)을 상부측 배양조(6b)의 하부에 결합하고 나면 분리시킨다.

이와 같이, 배양조 분배과정을 통해 한 번의 미세조류를 공급하고 배양액만을 충진함으로써, 미세조류의 연속 생산이 가능하고 생산 공정 및 생산시간을 단축시킬 수 있는 것이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

1 : 비닐백
2 : 걸이대
3 : 이산화탄소공급부
31 : 이산화탄소저장조
32 : 공급배관
33 : 펌프
34 : 밸브
4 : 산소배출부
41 : 배출배관
42 : 펌프
5 : 밀폐수단
51 : 마개
52 : 캡
6 : 배양조
7 : 고정수단
8 : 부이

Claims (13)

1. 지면으로부터 일정높이 이격 설치된 걸이대에 연속공급이 가능한 비닐백이 설치되고 상기 비닐백에서 인출된 비닐백 하부에는 이산화탄소공급부와 산소배출부가 형성된 밀폐수단이 결합되며,
   상기 밀폐수단은 상기 비닐백의 하부 내주면에 삽입되는 마개와, 상기 비닐백과 마개의 결합 부위에 밀착 삽입되는 캡으로 구성되고,
   상기 이산화탄소공급부는 외부에 구비된 이산화탄소저장조에 연결되어 상기 밀폐수단을 관통하는 공급배관과, 상기 공급배관의 일측에 설치되어 이산화탄소를 공급시키는 펌프로 구성되며, 상기 공급배관의 일측에 한 개 또는 한 개 이상의 밸브가 더 구비되고,
   상기 산소배출부는 상기 밀폐수단을 관통하며 인출된 비닐팩 내부에 공급된 이산화탄소에서 분해된 산소가 배출되며, 상부에 정전기력으로 서로 붙지 않도록 방지하는 부이가 더 설치되는 배출배관과, 상기 배출배관의 일측에 설치되어 산소를 외부로 배출되게 하는 펌프로 구성되며,
   상기 비닐백은 롤 형태로 회전 가능하게 설치되어 하측에 배양조가 형성되고,
   상기 배양조의 중간부에 고정수단이 설치되어 배양조를 분할 하는 것을 특징으로 하는 미세조류 광생물반응기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항의 미세조류 광생물반응기에 미세조류를 투입하여 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류 생산방법.
9. 삭제
10. 미세조류 및 배양액을 수용하기 위해 연속공급이 가능한 비닐백을 원하는 길이로 인출하는 비닐백 공급단계와;
    상기 인출된 비닐백의 하부에 이산화탄소공급부 및 산소배출부가 형성된 밀폐수단을 결합시키는 배양조 형성단계와;
    상기 배양조 내부에 미세조류 및 배양액을 공급하여 미세조류를 배양시키는 미세조류 배양단계와;
    상기 배양조의 일부를 절단하여 농축 배양된 미세조류를 회수하는 미세조류 회수단계를 포함하며,
    상기 미세조류 회수단계에서 상기 배양조의 중간부에 고정수단을 설치하여 복수로 분배하며, 하부측 배양조는 절단하여 회수하고 상부측 배양조는 하부에 밀폐수단을 다시 결합시켜 남은 배양액으로 연속 배양이 가능하도록 하는 배양조 분배과정을 더 포함하고,
    상기 밀폐수단은 상기 비닐백의 하부 내주면에 삽입되는 마개와, 상기 비닐백과 마개의 결합 부위에 밀착 삽입되는 캡으로 구성되며,
    상기 배양조 형성단계에서 상기 배양조 내부로 삽입되는 산소배출부의 배출배관 상부에 부이를 설치하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류 생산방법.
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