KR101489166B1 - Device for producing alcohol using carbon dioxide fixing bacteria - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치는 음극반응조; 양극반응조; 제1전원부; 제2음극; 배출조; 및 제2전원부;를 포함하며, 세균이 전기화학적 환원력을 에너지원으로 사용하고 이산화탄소를 유일한 에너지원으로 사용하여 대사산물인 알코올을 생산하는 것을 특징으로 한다.The apparatus for producing alcohol using carbon dioxide-immobilized bacteria according to the present invention comprises an anode reaction tank; Bipolar reaction tank; A first power supply unit; A second cathode; Discharge vessel; And a second power source, wherein the bacterium is produced by using an electrochemical reducing power as an energy source and using carbon dioxide as a unique energy source to produce alcohol as a metabolite.

Description

이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치{Device for producing alcohol using carbon dioxide fixing bacteria}Technical Field [0001] The present invention relates to an apparatus for producing alcohol using carbon dioxide-immobilized bacteria,

본 발명은 세균의 발효대사, 분해 반응을 이용하여 유용한 대사산물을 생산하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 클로스트리디움 속의 이산화탄소 고정능력이 있는 세균을 이용하여 이산화탄소의 발효대사, 분해 반응에 의해 알코올을 생산할 수 있는 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a device for producing a useful metabolite by fermentation and decomposition of bacteria, and more particularly, to a device for producing a useful metabolite by the fermentation and decomposition reaction of carbon dioxide using a bacterium capable of fixing the carbon dioxide of the genus Clostridium And an apparatus for producing alcohol using carbon dioxide-immobilized bacteria capable of producing alcohol.

농화배양은 한 서식처에 공존하는 미생물 군집으로부터 여러 가지 환경적 요인 등을 변화시켜 특정 세균만을 얻어낼 수 있도록 고안된 배양 방법으로 이를 통해 목표로 하는 미생물만을 얻어낼 수 있다. 또한, 찾고자하는 미생물이 무엇인가에 따라 배지의 조성이 달라져야 하므로, 배지 제조에 있어 목적에 따라 그 조성을 달리해야 하며, 미생물의 농화배양을 위한 가변요인으로는 배지 영양소의 조성, 통기, pH, 온도, 삼투압 및 표면장력을 들 수 있다.Enrichment culture is a culture method designed to obtain specific bacteria by changing various environmental factors from microbial communities coexisting in a habitat, thereby obtaining only the desired microorganism. In addition, since the composition of the culture medium must be changed depending on what kind of microorganism to be searched for, the composition of the culture medium must be varied according to the purpose of production of the culture medium. Variable factors for cultivation of the microorganism include nutrient composition, aeration, pH, , Osmotic pressure and surface tension.

일반적으로 연구용으로 사용하는 전기화학반응기 구성은 양극 반응조와 음극 반응조를 병렬로 배치하고 양 반응조를 양이온 교환막(Cation exchange Nafion membrane, Electrosynthesis)을 이용하여 분리하는데 이는 순도가 높은 기체나 액체의 반응을 위해 유용하지만 다양한 유기물질, 효소 또는 세균을 촉매로 사용하는 생화학 반응을 위한 반응기로서 유용하지 않다. 또한 플라스틱 재질의 양이온 교환막은 장시간 물속에 담가 놓으면 양이온 교환 기능을 갖는 얇은 막이 지지체인 매트릭스와 분리되어 기능을 상실하기 쉽고 미세한 막공 주변에 수식한 전하를 갖는 작용기(carboxy, sulfone 등)에 유기물질이 정전기적 인력 또는 이온결합에 의해 부착하여 이온교환 기능을 상실할 수 있어 수개월에서 수년간 연속적으로 운전해야 하는 세균의 배양용으로 적합하지 않고, 반응액을 이산화탄소로 포화하기 위해 음극 반응조에 공급하는 이산화탄소는 음극 반응조와 양극 반응조의 압력 차이를 유발하여 압력에 약한 나피온(Nafion) 막은 손상될 수 있다.Generally, in the electrochemical reactor configuration used for research purposes, a cathode reaction vessel and a cathode reaction vessel are arranged in parallel, and both reactors are separated by a cation exchange membrane (Cation exchange Nafion membrane, Electrosynthesis) Although useful, it is not useful as a reactor for biochemical reactions using various organic materials, enzymes or bacteria as catalysts. In addition, when the cation exchange membrane made of plastic is immersed in water for a long time, a thin film having a cation exchange function is separated from the support chain matrix and is liable to lose its function, and organic substances (carboxy, sulfone, etc.) having a charge modulated around the fine membrane hole It is not suitable for the cultivation of bacteria which must be operated continuously for several months to several years because it can lose its ion exchange function due to electrostatic attraction or ionic bonding and the carbon dioxide supplied to the anode reaction tank to saturate the reaction solution with carbon dioxide Nafion membranes weak in pressure may be damaged by causing a pressure difference between the anode and the anode.

이와 관련된 기술로서, 본 출원인은 한국공개특허 제2012-0066958호의 내주면에 환형 형상으로 밀착되게 구비되는 배지와, 배양액 및 이산화탄소가 채워지는 원통형의 음극 반응조; 상기 배지의 중공부에 구비되어 상기 배양액의 전기분해에 의한 전기화학적 산화력과 환원력이 발생하는 원통형의 양극 반응조; 상기 양극 반응조 하단부에 구비되어 상기 양극 반응조에서 발생하는 전기분해에 의한 전기화학적 산화반응과 환원반응을 분리하는 분리막; 및 상기 음극 반응조의 상부를 밀폐하고 다수의 외부 연결부를 구비한 음극 반응조 커버를 포함하되, 상기 외부 연결부는 음극선을 구비하여 상기 음극 반응조의 배지와 연결되는 음극 연결부; 상기 양극 반응조에서 발생하는 산소를 배출하는 산소 배출관과 양극선을 구비하여 상기 양극 반응조와 연결되는 양극 연결부; 및 상기 음극 반응조 하부에 구비되어 배양액 내에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 스파저와 상기 음극 반응조 상부에 구비되어 미반응 이산화탄소를 외부로 배출하는 이산화탄소 배출관을 구비하는 이산화탄소 입출입구;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 고정화 세균의 농화배양을 위한 전기화학반응기를 제시한 바 있다.As a related art, the applicant of the present invention has proposed a culture medium comprising a culture medium adhered in an annular shape on the inner circumferential surface of Korean Unexamined Patent Publication No. 2002-0066958, a cylindrical negative electrode reaction tank filled with a culture medium and carbon dioxide, A cylindrical positive electrode reaction tank provided in the hollow portion of the culture medium to generate an electrochemical oxidizing power and a reducing power by electrolysis of the culture liquid; A separator provided at a lower end of the anode reaction tank and separating an electrochemical oxidation reaction and a reduction reaction by electrolysis generated in the anode reaction tank; And a negative electrode reaction tank cover having a plurality of external connection portions which hermetically seal the upper portion of the negative electrode reaction tank, wherein the external connection portion includes a negative electrode and is connected to a medium of the negative electrode reaction tank; A cathode connection part having an oxygen discharge pipe for discharging oxygen generated in the anode reaction tank and a positive electrode line and connected to the positive electrode reaction tank; And a carbon dioxide inlet / outlet provided at a lower portion of the anode reaction tank and provided with a carbon dioxide sparger for supplying carbon dioxide into the culture liquid and a carbon dioxide exhaust pipe provided at an upper portion of the anode reaction tank for discharging unreacted carbon dioxide to the outside. An electrochemical reactor has been proposed for the enrichment culture of immobilized bacteria.

그러나 종래 기술은 이산화탄소 고정화 세균이 이산화탄소와 전기화학적 환원력을 이용하여 알코올을 생산할 수 있도록 촉진하는 기능이 없는 문제점이 있다.However, the conventional technology has a problem that carbon dioxide-immobilized bacteria do not have the function of promoting the production of alcohol by using carbon dioxide and electrochemical reduction power.

이에 따라, 상술한 문제점을 해결하기 위한 다양한 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치의 개발이 필요한 실정이다.
Accordingly, it is necessary to develop an apparatus for producing alcohol using various carbon dioxide-immobilized bacteria to solve the above-mentioned problems.

한국공개특허 제2012-0066958호(2012.06.25)Korean Patent Publication No. 2012-0066958 (June 25, 2012)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 이산화탄소 고정화 세균이 전기화학적 환원력을 에너지원으로 사용하고 이산화탄소를 유일한 탄소원으로 사용하여 알코올을 생산할 수 있는 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치를 제공하기 위한 것이다.
Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an apparatus for producing alcohol using carbon dioxide-immobilized bacteria capable of producing alcohol by using an electrochemical reductive power as an energy source and carbon dioxide as a sole carbon source .

본 발명에 따른 이 산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치(1000)는 내부에 뉴트랄레드가 고정된 흑연부직포로 이루어지는 제1음극(110), 배양액, 이산화탄소, 이산화탄소 고정화 세균, 배지가 수용되는 음극반응조(100); 일면에 상기 배양액만 선별하여 통과시키는 분리막(210)이 설치되어 상기 음극반응조(100)의 내부에 수용되며, 내부에 제1양극(310)과 양극전해질이 수용되는 양극반응조(300); 상기 제1음극(110) 및 제1양극(310)과 각각 전기적으로 연결되어 제1전압을 인가하여 상기 세균에 전기화학적 환원력을 공급하는 제1전원부(400); 상기 음극반응조(100)의 내면에 설치되는 제2음극(510); 일면에 상기 세균의 대사산물인 알코올과 배양액만 선별하여 통과시키는 여과필터(220)가 설치되어 상기 음극반응조(100)의 내부와 연통되며, 내부에 제2양극(610)이 설치되는 배출조(600); 및 상기 제2음극(510) 및 제2양극(610)과 각각 전기적으로 연결되어 제2전압을 인가하는 제2전원부(700);를 포함하며, 상기 세균이 전기화학적 환원력을 에너지원으로 사용하고 상기 이산화탄소를 유일한 탄소원으로 사용하여 대사산물인 알코올을 생산하는 것을 특징으로 한다.The apparatus 1000 for producing alcohol using the carbon dioxide-immobilized bacteria according to the present invention comprises a first cathode 110 made of a graphite nonwoven fabric to which a neural red is fixed, a culture medium, a carbon dioxide, a carbon dioxide-immobilized bacterium, A reaction tank 100; A cathode reaction tank 300 in which a separator 210 for selectively passing only the culture liquid is provided on one surface of the cathode reaction tank 100, and a first anode 310 and a cathode electrolyte are accommodated in the anode reaction tank 100; A first power supply unit 400 electrically connected to the first cathode 110 and the first anode 310 to apply a first voltage to supply an electrochemical reduction power to the bacteria; A second cathode 510 installed on the inner surface of the anode reaction tank 100; A filtration filter 220 for selectively passing only the alcohol and the culture medium, which are the metabolic products of the bacteria, is provided on one surface of the tank 200 to communicate with the inside of the anode reaction tank 100, and a second tank 600); And a second power supply unit 700 electrically connected to the second cathode 510 and the second anode 610 to apply a second voltage, wherein the bacterium uses an electrochemical reduction power as an energy source And the carbon dioxide is used as a unique carbon source to produce an alcohol as a metabolite.

또한, 상기 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치(1000)는 상기 제1전압이 3V이고, 상기 제2전압이 2.8V인 것을 특징으로 한다.In the apparatus 1000 for producing an alcohol using the carbon dioxide-fixed bacteria, the first voltage is 3V and the second voltage is 2.8V.

또한, 상기 분리막(210)는 유리 여과막, 세라믹 여과막, 셀룰로오스 아세테이트가 첨가된 유리필터 또는 셀룰로오스 아세레이트가 첨가된 세라믹 막인 것을 특징으로 한다.The separation membrane 210 may be a glass filtration membrane, a ceramic filtration membrane, a glass filter to which cellulose acetate is added, or a ceramic membrane to which cellulose acetate is added.

또한, 상기 제2음극(510)은 백금으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the second cathode 510 is formed of platinum.

또한, 상기 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치(1000)는 상기 음극반응조(100)의 상면이 개구되며, 상기 음극반응조(100)의 상면을 덮는 커버(800); 상기 커버(800)와 관통 결합되어 상기 음극반응조(100)의 내부로 배양액을 공급하는 배양액 공급관(910); 상기 커버(800)와 관통 결합되어 상기 음극반응조(100)의 내부로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급관(920); 상기 커버(800)와 관통 결합되어 상기 세균과 미반응된 이산화탄소가 외부로 배출되게 하는 이산화탄소 배출관(930); 및 상기 양극반응조(300)의 내부와 연통되어 상기 배양액의 전기분해에 의해 발생된 산소가 외부로 배출되게 하는 산소 배출관(940);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Also, an apparatus 1000 for producing an alcohol using the carbon dioxide-immobilized bacteria includes a cover 800 covering an upper surface of the anode reaction vessel 100, the upper surface of the anode reaction vessel 100 being open; A culture liquid supply pipe (910) penetratingly connected to the cover (800) and supplying the culture liquid into the anode reaction tank (100); A carbon dioxide supply pipe 920 penetratingly connected to the cover 800 to supply carbon dioxide into the anode reaction tank 100; A carbon dioxide exhaust pipe 930 connected to the cover 800 to discharge carbon dioxide unreacted with the bacteria to the outside; And an oxygen discharge pipe (940) communicating with the inside of the anode reaction tank (300) and discharging oxygen generated by electrolysis of the culture liquid to the outside.

또한, 상기 이산화탄소 고정화 세균은 클로스트리디움 타이로부틸리쿰, 쿨로스트리움 부틸리쿰, 또는 클로스트리디움 아세토부틸리쿰인 것을 특징으로 한다.The above-mentioned carbon dioxide-immobilized bacterium is characterized by being Clostridium tirobutylicum, cholestrarium buttilukum, or Clostridium acetoobutylicum.

또한, 본 발명에 따른 이산화탄소 고정화 세균의 알코올 생산 방법은 상기 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치(1000)를 이용하여 이루어진다.
In addition, the method for producing alcohol by the carbon dioxide-immobilized bacteria according to the present invention is performed by using the apparatus 1000 for producing an alcohol using the carbon dioxide-immobilized bacteria.

이에 따라, 본 발명에 따른 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치는 이산화탄소 고정화 세균이 전기화학적 환원력을 에너지원으로 사용하고 이산화탄소를 유일한 탄소원으로 사용하여 알코올을 생산할 수 있는 효과가 있다.
Accordingly, the apparatus for producing alcohol using carbon dioxide-immobilized bacteria according to the present invention has the effect of producing alcohol by using an electrochemical reducing power as an energy source and using carbon dioxide as a sole carbon source.

도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치를 나타낸 개략도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치를 나타낸 개략도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스파저를 나타낸 사시도1 is a schematic view showing an apparatus for producing alcohol using carbon dioxide-immobilized bacteria according to the present invention.
2 is a schematic view showing an apparatus for producing alcohol using carbon dioxide-immobilized bacteria according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view illustrating a sparger according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described more specifically with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the technical concept of the present invention, are incorporated in and constitute a part of the specification, and are not intended to limit the scope of the present invention.

본 발명은 이산화탄소 고정 세균이 전기화학적 환원력을 에너지원으로 사용하고 이산화탄소를 유일한 탄소원으로 사용하여 알코올을 생산하는 장치이다.
The present invention is a device for producing carbon dioxide-fixed bacteria using an electrochemical reducing power as an energy source and carbon dioxide as a sole carbon source.

도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing an apparatus for producing alcohol using carbon dioxide-immobilized bacteria according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치(1000)는 음극반응조(100), 분리막(210), 양극반응조(300), 제1전원부(400), 제2음극(510), 여과필터(220), 배출조(600), 제2전원부(700)를 포함하여 구성된다.1, an apparatus 1000 for producing alcohols using carbon dioxide-immobilized bacteria according to the present invention includes an anode reaction tank 100, a separation membrane 210, a cathode reaction tank 300, a first power source unit 400, A cathode 510, a filter 220, a discharge chamber 600, and a second power supply 700.

상기 음극반응조(100)는 원통형태로 형성될 수 있으며, 내부에 뉴트랄레드를 수식한 흑연부직포로 이루어지는 제1음극(110), 음극전해질, 배양액, 이산화탄소, 배지, 이산화탄소 고정화 세균이 수용된다.The anode reaction tank 100 may be formed in a cylindrical shape and includes a first anode 110 made of graphite nonwoven fabric modified with neural red, a negative electrode electrolyte, a culture solution, carbon dioxide, a medium, and carbon dioxide-immobilized bacteria.

상기 제1음극(110)은 원통형으로 형성되며, 폴리비닐알콜이 흡수된 흑연부직포를 뉴튜랄레드(neutral red)와 티오닐 클로라이드를 혼합한 용액에 담궈 폴리비닐알콜의 -OH기와 뉴트랄레드의 -NH2기 사이에 탈수결합 반응을 유도하여 뉴트랄레드를 고정시킨 것으로 이루어진다.The first cathode 110 is formed in a cylindrical shape and is immersed in a solution of polyvinyl alcohol-absorbed graphite nonwoven fabric in a mixture of neutral red and thionyl chloride to form a solution of a -OH group of polyvinyl alcohol and a solution of neural red And inducing a dehydration-bonding reaction between the -NH 2 groups to fix the neural red.

즉, 상기 제1음극(110)은 뉴트랄레드가 고정된 흑연부직포로 이루어진다.That is, the first cathode 110 is made of graphite nonwoven fabric in which neural red is fixed.

상기 배양액은 상기 세균의 증식에 필요한 영양분을 제공하는 역할을 하며, 음극전해질의 역할을 한다.The culture liquid serves to provide nutrients necessary for the growth of the bacteria and serves as a negative electrode electrolyte.

상기 이산화탄소는 상기 세균에 탄소원을 제공하는 역할을 한다.The carbon dioxide serves to provide the bacteria with a carbon source.

상기 배지는 상기 염화암모늄, 제2인산칼륨, 탄산수소나트륨, Mg, Ca, Mo, Ni, Se, Fe, Mn, Cu, Zn, Al 등의 미량원소를 포함하는 무기질 배지로 이루어질 수 있으며, 상기 세균의 배양에 필요한 영양소를 제공하는 역할을 한다.The medium may be an inorganic medium containing trace elements such as ammonium chloride, dibasic potassium phosphate, sodium bicarbonate, Mg, Ca, Mo, Ni, Se, Fe, Mn, Cu, Zn, Al, It plays a role in providing nutrients necessary for the cultivation of bacteria.

상기 세균은 상기 전기화학적 환원력을 에너지원으로 사용하고 상기 이산화탄소를 탄소원으로 사용하여 대사산물을 생산하는 역할을 한다.The bacterium plays a role of producing the metabolite using the electrochemical reducing power as an energy source and the carbon dioxide as a carbon source.

상기 양극반응조(300)는 일면이 개구되어 상기 음극반응조(100)의 내부에 수용되며, 그 일면에 상기 음극반응조(100)의 내부에 수용된 배양액만 선별하여 통과시키는 분리막(210)이 설치되며, 내부에 제1양극(310)과 양극전해질이 수용된다.The anode reaction tank 300 is open at its one side and is accommodated in the anode reaction tank 100. A separation membrane 210 for selectively passing only a culture solution accommodated in the anode reaction tank 100 is installed on one side of the anode reaction tank 300, And a first anode 310 and a cathode electrolyte are accommodated therein.

상기 제1양극(310)은 도체 재질로 이루어진다.The first anode 310 is made of a conductive material.

상기 분리막(210)는 유리 여과막, 세라믹 여과막, 셀룰로오스 아세테이트가 첨가된 유리필터, 또는 셀룰로오스 아세테이트가 첨가된 세라믹 막으로 구성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.The separation membrane 210 may be composed of a glass filtration membrane, a ceramic filtration membrane, a glass filter to which cellulose acetate is added, or a ceramic membrane to which cellulose acetate is added, but the present invention is not limited thereto.

상기 제1전원부(400)는 상기 제1음극(110)과 전기적으로 연결되는 제1-1전원선(410), 상기 제1양극(310)과 전기적으로 연결되는 제1-2전원선(420)을 포함하며, 상기 제1-1전원선(410) 및 상기 제1-2전원선(420)을 통해 상기 제1음극(110) 및 상기 제1양극(310)으로 제1전압을 인가하며,The first power source unit 400 includes a first power source line 410 electrically connected to the first cathode 110, a first power source line 420 electrically connected to the first anode 310, The first voltage is applied to the first anode 110 and the first anode 310 through the first power line 410 and the first power line 420, ,

상기 분리막(210)을 통해 상기 양극반응조(300)의 내부로 유입된 배양액의 전기분해에 의해 발생된 전기화학적 환원력을 상기 세균으로 공급하는 역할을 한다.And supplies an electrochemical reductive power generated by the electrolysis of the culture liquid flowing into the anode reaction tank 300 through the separation membrane 210 to the bacteria.

더욱 상세하게, 상기 제1전원부(400)가 상기 제1음극(110) 및 제1양극(310)으로 각각 제1전압을 인가하면 상기 배양액의 전기분해가 일어나게 되며, 이 때, 상기 분리막(210)은 상기 배양액의 전기분해에 의해 발생되는 전기화학적 환원반응 및 산화반응이 각각 상기 제1음극(110) 및 제1양극(310)에서만 일어날 수 있도록 분리하는 역할을 하게 된다. 이 때, 상기 제1음극(110)에서는 상기 뉴트랄레드가 고정된 흑연부직포 전극에 의한 전기화학적 환원반응에 의해 전기화학적 환원력이 발생되어 상기 세균으로 공급되며, 상기 제1양극(310)에서는 상기 전기화학적 산화반응에 의해 전기화학적 산화력이 발생된다.
More specifically, when the first power source unit 400 applies a first voltage to the first cathode 110 and the first anode 310, respectively, electrolysis of the culture liquid occurs. At this time, the separation membrane 210 Serves to separate the electrochemical reduction reaction and the oxidation reaction generated by the electrolysis of the culture solution so that only the first anode 110 and the first anode 310 can occur. At this time, an electrochemical reductive power is generated by the electrochemical reduction reaction by the graphite nonwoven electrode fixed with the neutrale red in the first cathode 110, and supplied to the bacteria. In the first anode 310, An electrochemical oxidizing force is generated by an electrochemical oxidation reaction.

상기 제2음극(510)은 상기 음극반응조(100)의 내면에 설치되되, 상기 음극반응조(100)의 바닥면 내면에 설치될 수 있으며, 백금으로 이루어질 수 있다.The second cathode 510 is disposed on the inner surface of the anode reaction tank 100 and may be disposed on the inner surface of the bottom surface of the anode reaction tank 100 and may be made of platinum.

상기 배출조(600)는 일면이 개구되어 상기 양극반응조(300)의 측면과 연통되며, 그 일면에 상기 세균의 알코올을 포함하는 대사산물과 물을 선별하여 통과시키는 여과필터(220)가 설치되며, 내부에 제2양극(610)이 수용된다.The drainage tank 600 is opened at one side and communicates with a side surface of the anode reaction tank 300. A filtration filter 220 is installed on one side of the drainage tank 600 to selectively pass metabolites and water including the alcohol of the bacteria , And a second anode 610 is accommodated in the interior thereof.

상기 제2양극(610)은 도체 재질로 이루어진다.The second anode 610 is made of a conductive material.

상기 여과필터(220)는 유리 여과막으로 구성될 수 있다.The filtration filter 220 may be formed of a glass filtration membrane.

상기 제2전원부(700)는 상기 제2양극(610)과 전기적으로 연결되는 제2-1전원선(710), 상기 제2음극(510)과 전기적으로 연결되는 제2-2전원선(720)을 포함하며, 제2-1전원선(710) 및 제2-2전원선(720)을 통해 상기 제2양극(610)과 제2음극(510)으로 제2전압을 인가하여, 상기 제2양극(610)은 상기 제1음극(110)에서 상기 세균으로 공급되는 전기화학적 환원력을 유지하는 역할을 하며 표면에서 산소기체가 발생되며, 상기 제2음극에서는 수소기체가 발생된다.
The second power source unit 700 includes a second power line 710 electrically connected to the second anode 610 and a second power line 720 electrically connected to the second cathode 510 And a second voltage is applied to the second anode 610 and the second cathode 510 through the second power line 710 and the second power line 720, 2 anode 610 serves to maintain the electrochemical reduction power supplied from the first cathode 110 to the bacteria, oxygen gas is generated on the surface, and hydrogen gas is generated in the second anode.

죽, 본 발명에 따른 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치(1000)는 상기 세균이 전기화학적 환원력을 에너지원으로 사용하고 이산화탄소를 유일한 탄소원으로 사용하여 대사산물인 알코올을 생산하는 장치(1000)로서, 상기 세균은 상기 배지에 포함된 전자전달 매개체를 통해 전기화학적 환원력을 공급받게 되는데, 이에 대해 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.An apparatus 1000 for producing alcohol using carbon dioxide-immobilized bacteria according to the present invention is an apparatus 1000 for producing alcohol as a metabolite by using an electrochemical reducing power as an energy source and carbon dioxide as a sole carbon source, The bacterium receives electrochemical reductive power through the electron transfer mediator included in the medium, which will be described in more detail.

상기 제1전원부(400)와 제2전원부(700)가 각각 전원을 인가하면 상기 음극반응조(100)의 내부에서는 상기 세균으로 전기화학적 환원력들과 이산화탄소가 공급되며 상기 양극반응조(300)에서는 상기 배양액이 전기분해되면서 수소와 산소가 발생하는데, 상기 양극반응조(300)에서 발생하는 산소는 외부로 방출되고 상기 음극반응조(100)에 발생하는 수소는 전자와 수소이온으로 분리되어 흑연부직포에 고정된 뉴트랄레드로 이루어지는 제1음극(110)을 통해 세균에 전달된다. When the first power source unit 400 and the second power source unit 700 are supplied with power, electrochemical reduction powers and carbon dioxide are supplied to the bacteria inside the anode reaction tank 100, and in the anode reaction tank 300, The hydrogen generated in the anode reaction tank 300 is released to the outside and the hydrogen generated in the anode reaction tank 100 is separated into electrons and hydrogen ions, And is transmitted to the bacteria through the first cathode 110 made of TRAL red.

이 때, 상기 배지에 전달된 전자는 전자전달 매개체를 환원시키고 환원된 전자전달 매개체는 상기 세균의 세포대사에 작용하여 상기 세균의 대사산물인 알코올의 생산에 필요한 에너지원이 된다.At this time, the electrons transferred to the medium reduce the electron transport mediator, and the reduced electron transport mediator acts on the cell metabolism of the bacterium and becomes an energy source necessary for the production of alcohol, which is a metabolic product of the bacterium.

이때, 상기 제1전압이 3V이고, 상기 제2전원 압이 2.8V으로 이루어질 수 있다. 단, 본 출원인은 상기 제1전원부(400)의 전원 전압과 상기 제2전원부(700)의 전원 전압이 상술한 바와 같은 수치로 이루어질 때, 상기 세균이 전기화학적 환원력과 이산화탄소를 유일한 탄소원으로 사용하여 대사산물인 알코올을 생산하는 효율이 극대화되는 것을 확인하여, 경험적 및 실험적으로 상술한 바와 같은 수치를 도출하였다.At this time, the first voltage may be 3V and the second power supply voltage may be 2.8V. However, when the power source voltage of the first power source unit 400 and the power source voltage of the second power source unit 700 are set to values as described above, the present inventors have found that the bacterium uses electrochemical reduction power and carbon dioxide as the only carbon source It was ascertained that the efficiency of producing the alcohol as the metabolite was maximized, and the numerical values as described above were empirically and experimentally derived.

이에 따라, 본 발명에 따른 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치(1000)는 이산화탄소 고정화 세균이 전기화학적 환원력을 에너지원으로 사용하고 이산화탄소를 유일한 탄소원으로 사용하여 알코올을 생산할 수 있는 효과가 있다.
Accordingly, the apparatus 1000 for producing an alcohol using the carbon dioxide-immobilized bacteria according to the present invention has an effect that the carbon dioxide-immobilized bacterium can produce alcohol by using an electrochemical reducing power as an energy source and using carbon dioxide as a sole carbon source.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치를 나타낸 개략도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스파저를 나타낸 사시도이다.FIG. 2 is a schematic view showing an apparatus for producing alcohol using carbon dioxide-immobilized bacteria according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view showing a sparger according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치(1000)는 상기 음극반응조(100)의 상면이 개구되며, 커버(800), 배양액 공급관(910), 이산화탄소 공급관(920), 이산화탄소 배출관(930), 산소 배출관(940)을 더 포함하여 구성될 수 있다.2, an apparatus 1000 for producing alcohols using carbon dioxide-immobilized bacteria according to an embodiment of the present invention includes a cover 800, a culture liquid supply pipe 910, A carbon dioxide supply pipe 920, a carbon dioxide discharge pipe 930, and an oxygen discharge pipe 940.

상기 커버(800)는 상기 음극반응조(100)의 상면을 덮는 구성이다.The cover 800 covers the upper surface of the anode reaction tank 100.

이 때, 상기 커버(800)와 상기 음극반응조(100)의 상면 사이에는 기밀을 위하여 고무 패킹이 설치될 수 있다At this time, a rubber packing may be installed between the cover 800 and the upper surface of the anode reaction tank 100 for air tightness

상기 배양액 공급관(910)은 상기 커버(800)와 관통 결합되어 상기 음극반응조(100)의 내부로 배양액을 공급한다. 이 때, 상기 배양액 공급관(910)은 상기 배양액이 저장되는 배양액 저장용기(미도시)와 연통되어 상기 음극반응조(100)의 내부로 배양액을 공급할 수 있다.The culture solution supply pipe 910 is inserted through the cover 800 to supply the culture solution into the anode reaction tank 100. At this time, the culture solution supply pipe 910 can communicate with the culture solution storage container (not shown) in which the culture solution is stored, and supply the culture solution to the inside of the anode reaction chamber 100.

이 때, 상기 배양액 공급관(910)은 상기 제1전원부(400)의 전원 인가와 제2전원부(700)의 전원 인가에 의해 전기분해된 배양액 양만큼 상기 음극반응조(100)의 내부로 배양액을 공급할 수 있으며, 이를 위해 별도의 제어 수단(미도시)이 구성될 수 있다.At this time, the culture solution supply pipe 910 supplies the culture solution to the inside of the anode reaction tank 100 by the amount of the culture solution electrolyzed by applying the power of the first power supply unit 400 and the power supply of the second power supply unit 700 And separate control means (not shown) can be configured for this purpose.

상기 이산화탄소 공급관(920)은 상기 커버(800)와 관통 결합되어 상기 음극반응조(100)의 내부로 이산화탄소를 공급한다. 이 때, 상기 이산화탄소 공급관(920)은 상기 이산화탄소가 저장되는 이산화탄소 저장용기(미도시)와 연통되어 상기 음극반응조(100)의 내부로 이산화탄소의 내부로 배양액을 공급할 수 있다.The carbon dioxide supply pipe 920 penetrates through the cover 800 and supplies carbon dioxide to the inside of the anode reaction tank 100. At this time, the carbon dioxide supply pipe 920 can communicate with the carbon dioxide storage container (not shown) in which the carbon dioxide is stored, and supply the culture solution into the inside of the carbon dioxide tank into the anode reaction tank 100.

한편, 도 3을 참조하면, 상기 이산화탄소 공급관(920)은 상기 이산화탄소 공급관(920)에서 상기 음극반응조(100)의 내부로 이산화탄소를 공급하는 부위에 설치되어 상기 이산화탄소가 방사방향으로 퍼지게 하는 스파저(921)를 더 포함하여 구성될 수 있다.3, the carbon dioxide supply pipe 920 is installed in a portion of the carbon dioxide supply pipe 920 that supplies carbon dioxide to the inside of the anode reaction tank 100, so that the carbon dioxide is supplied to the sparger 921). ≪ / RTI >

상기 스파저(921)는 구형태로 형성될 수 있으며, 다수의 통공이 촘촘히 형성된다.The sparger 921 may have a spherical shape, and a plurality of through holes may be formed closely.

상기 이산화탄소 배출관(930)은 상기 커버(800)와 관통 결합되어 상기 세균과 미반응된 이산화탄소가 외부로 배출되게 한다. 이 때, 상기 이산화탄소 배출관(930)은 상기 세균과 미반응되어 외부로 배출되는 이산화탄소가 상기 이산화탄소 공급관(920)으로 다시 유입되도록 상기 이산화탄소 공급관(920)과 연통될 수 있다.The carbon dioxide discharge pipe 930 is penetrated through the cover 800 to allow carbon dioxide unreacted with the bacteria to be discharged to the outside. At this time, the carbon dioxide discharge pipe 930 can communicate with the carbon dioxide supply pipe 920 so that carbon dioxide, which is not reacted with the bacteria and is discharged to the outside, flows into the carbon dioxide supply pipe 920 again.

상기 산소 배출관(940)은 상기 양극반응조(300)의 내부와 연통되어 상기 배양액의 전기분해에 의해 발생된 산소를 외부로 배출되게 한다.The oxygen discharge pipe 940 communicates with the inside of the anode reaction tank 300 to discharge oxygen generated by electrolysis of the culture liquid to the outside.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치(1000)는 상기 커버(800)를 상기 음극반응조(100)의 상면에서 분리하여 상기 음극반응조(100)의 내부로 음극전해질, 배양액, 이산화탄소, 이산화탄소 고정화 세균, 배지를 용이하게 주입할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, an apparatus 1000 for producing an alcohol using carbon dioxide-immobilized bacteria according to an embodiment of the present invention separates the cover 800 from the upper surface of the anode reaction tank 100, , A culture medium, carbon dioxide, carbon dioxide-fixed bacteria, and a medium can be easily injected.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치(1000)는 상기 음극반응조(100)의 내부로 배양액, 이산화탄소를 용이하게 공급할 수 있고, 상기 음극반응조(100)에서 미반응된 이산화탄소를 용이하게 배출할 수 있으며,
In addition, the apparatus for producing alcohol using carbon dioxide-immobilized bacteria according to an embodiment of the present invention can easily supply a culture solution and carbon dioxide to the interior of the anode reaction tank 100, It is possible to easily discharge carbon dioxide,

한편, 상기 이산화탄소 고정화 세균은 클로스트리디움 타이로부틸리쿰, 클로스트리움 부틸리쿰, 또는 클로스트리디움 아세토부틸리쿰일 수 있다.
On the other hand, the carbon dioxide-immobilized bacterium may be Clostridium tirobutylicum, Clostridium butyricum, or Clostridium acetobutylicum.

본 발명에 따른 이산화탄소 고정화 세균의 알코올 생산 방법은 상기 이산화탄소 고정화 세균을 이용하여 이루어진다.
The method for producing alcohol of the carbon dioxide-immobilized bacteria according to the present invention is carried out using the carbon dioxide-immobilized bacteria.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1000 : 본 발명에 따른 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치
100 : 음극반응조
110 : 제1음극
210 : 분리막
220 : 여과필터
300 : 양극반응조
310 : 제1양극
400 : 제1전원부
410 : 제1-1전원선
420 : 제1-2전원선
510 : 제2음극
600 : 배출조
610 : 제2양극
700 : 제2전원부
710 : 제2-1전원선
720 : 제2-2전원선
800 : 커버
910 : 배양액 공급관
920 : 이산화탄소 공급관
921 : 스파저
930 : 이산화탄소 배출관
940 : 산소 배출관1000: Alcohol production apparatus using carbon dioxide-immobilized bacteria according to the present invention
100: Negative electrode reaction tank
110: first cathode
210: Membrane
220: Filtration filter
300: positive electrode reaction tank
310: first anode
400: first power source unit
410: No. 1-1 power line
420: Power line 1-2
510: second cathode
600: Emission tank
610: the second anode
700: Second power supply unit
710: Power line 2-1
720: Power line 2-2
800: cover
910: Culture medium supply pipe
920: Carbon dioxide supply pipe
921: Spas
930: Carbon dioxide discharge pipe
940: Oxygen outlet pipe

Claims (7)

내부에 뉴트랄레드가 고정된 흑연부직포로 이루어지는 제1음극(110), 배양액, 이산화탄소, 이산화탄소 고정화 세균, 배지가 수용되는 음극반응조(100);
일면에 상기 배양액만 선별하여 통과시키는 분리막(210)이 설치되어 상기 음극반응조(100)의 내부에 수용되며, 내부에 제1양극(310)과 양극전해질이 수용되는 양극반응조(300);
상기 제1음극(110) 및 제1양극(310)과 각각 전기적으로 연결되어 제1전압을 인가하여 상기 세균에 전기화학적 환원력을 공급하는 제1전원부(400);
상기 음극반응조(100)의 내면에 설치되는 제2음극(510);
일면에 상기 세균의 대사산물인 알코올과 배양액만 선별하여 통과시키는 여과필터(220)가 설치되어 상기 음극반응조(100)의 내부와 연통되며, 내부에 제2양극(610)이 설치되는 배출조(600); 및
상기 제2음극(510) 및 제2양극(610)과 각각 전기적으로 연결되어 제2전압을 인가하는 제2전원부(700);를 포함하며, 상기 세균이 전기화학적 환원력을 에너지원으로 사용하고 상기 이산화탄소를 유일한 탄소원으로 사용하여 대사산물인 알코올을 생산하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치(1000).
A first cathode 110 made of a graphite nonwoven fabric to which neural red is fixed, a cathode reaction tank 100 in which a culture medium, carbon dioxide, carbon dioxide-immobilized bacteria, and culture medium are accommodated;
A cathode reaction tank 300 in which a separator 210 for selectively passing only the culture liquid is provided on one surface of the cathode reaction tank 100, and a first anode 310 and a cathode electrolyte are accommodated in the anode reaction tank 100;
A first power supply unit 400 electrically connected to the first cathode 110 and the first anode 310 to apply a first voltage to supply an electrochemical reduction power to the bacteria;
A second cathode 510 installed on the inner surface of the anode reaction tank 100;
A filtration filter 220 for selectively passing only the alcohol and the culture medium, which are the metabolic products of the bacteria, is provided on one surface of the tank 200 to communicate with the inside of the anode reaction tank 100, and a second tank 600); And
And a second power supply unit 700 electrically connected to the second cathode 510 and the second anode 610 to apply a second voltage, Wherein the carbon dioxide is used as a sole carbon source to produce an alcohol as a metabolite.
제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치(1000)는
상기 제1전압이 3V이고, 상기 제2전압이 2.8V인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치.
The apparatus for producing alcohol according to claim 1, wherein the carbon dioxide-
Wherein the first voltage is 3V and the second voltage is 2.8V.
제1항에 있어서, 상기 분리막(210)는
유리 여과막, 세라믹 여과막, 셀룰로오스 아세테이트가 첨가된 유리필터 또는 셀룰로오스 아세레이트가 첨가된 세라믹 막인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치.
The method of claim 1, wherein the separation membrane (210)
Wherein the filter is a glass filter, a ceramic filter, a glass filter to which cellulose acetate is added, or a ceramic filter to which cellulose acate is added.
제1항에 있어서, 상기 제2음극(510)은
백금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치.
The method of claim 1, wherein the second cathode (510)
Wherein the carbon dioxide-immobilized bacterium is made of platinum.
제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치(1000)는
상기 음극반응조(100)의 상면이 개구되며,
상기 음극반응조(100)의 상면을 덮는 커버(800);
상기 커버(800)와 관통 결합되어 상기 음극반응조(100)의 내부로 배양액을 공급하는 배양액 공급관(910);
상기 커버(800)와 관통 결합되어 상기 음극반응조(100)의 내부로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급관(920);
상기 커버(800)와 관통 결합되어 상기 세균과 미반응된 이산화탄소가 외부로 배출되게 하는 이산화탄소 배출관(930); 및
상기 양극반응조(300)의 내부와 연통되어 상기 배양액의 전기분해에 의해 발생된 산소가 외부로 배출되게 하는 산소 배출관(940);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치.
The apparatus for producing alcohol according to claim 1, wherein the carbon dioxide-
An upper surface of the anode reaction tank 100 is opened,
A cover 800 covering an upper surface of the anode reaction tank 100;
A culture liquid supply pipe (910) penetratingly connected to the cover (800) and supplying the culture liquid into the anode reaction tank (100);
A carbon dioxide supply pipe 920 penetratingly connected to the cover 800 to supply carbon dioxide into the anode reaction tank 100;
A carbon dioxide exhaust pipe 930 connected to the cover 800 to discharge carbon dioxide unreacted with the bacteria to the outside; And
And an oxygen discharge pipe (940) communicating with the inside of the anode reaction tank (300) to discharge oxygen generated by electrolysis of the culture liquid to the outside.
제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 고정화 세균은
클로스트리디움 타이로부틸리쿰, 쿨로스트리움 부틸리쿰, 또는 클로스트리디움 아세토부틸리쿰인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치.
The method according to claim 1, wherein the carbon dioxide-
Characterized in that it is Clostridium Tyrobutilum, Clostridium Tyrobutilum, Clostridium Tyrobutilum, Klostridium Tytilum, Klostridium Butylichum, Clostridium Acetobutylchum.
제1항 내지 제6항 중 선택되는 어느 한 항에 의한 상기 이산화탄소 고정화 세균을 이용한 알코올 생산 장치(1000)를 이용하여 이산화탄소 고정화 세균의 알코올 생산 방법.A method for producing alcohol in a carbon dioxide-immobilized bacterium using the apparatus (1000) for producing an alcohol using the carbon dioxide-immobilized bacteria according to any one of claims 1 to 6.
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