KR101489510B1 - 해조류의 대량 양식을 위한 광합성에 필요한 광원 장치,해조류 양식을 위한 지지체, 심해수 공급 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해조류의 기후와 같은 외부 환경에 관계없이 생육이 가능하도록 만들어 주는 해조류의 양식 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 해조류 양식 장치는 광합성에 필요한 광원 장치, 해조류 양식을 위한 지지체, 심해수 공급 펌프, CO₂ 공급 장치, CO₂ 혼합 장치, 심해수 분사 노즐로 구성된 장치로서, 본 발명에 따르면 홍조류 생장에 도움을 줄 수 있는 파장의 빛을 일정하게 조사하면서 생육을 촉진시킬 수 있는 빛을 제공함으로써 대량 양식이 가능하다. 또한 향후 온실가스감축에 도움이 될 수 있는 CO₂를 재활용할 수 있고, 대량으로 양식한 홍조류를 이용하여 바이오디젤, 바이오에탄올로 분해하거나 펄프 제조에 사용 가능하다

홍조류, 해조류, 이산화탄소, 심해수, 바이오디젤

Description

해조류의 대량 양식을 위한 광합성에 필요한 광원 장치, 해조류 양식을 위한 지지체, 심해수 공급 펌프{Mass production equipment for marine algae by controlling a photosynthetic light source, a deep seaw}

본 발명은 바이오 연료의 재료로 각광받고 있는 해조류의 대량 양식이 가능한 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 해조류의 기후와 같은 외부 환경에 관계없이 생육이 가능하도록 만들어 주는 해조류의 양식 장치에 관한 것이다.

일반적으로 해조류는 육지 연안 바닷가에서 행하여지고 있는 해조류 양식 방법은 기후 조건과자연적인 일조량에 적응하면서 수동적으로 이루어지고 있다. 전형적인 노동집약적인 양식방법으로 노동자가 수작업으로 김양식에 종사하고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서 일조량, 기후 조건, 해양의 오염상태 등의 외부 조건에 관계없이 일정량 이상의 해조류 수확이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다. 바이오 연료의 원료, 펄프의 재료 등으로 각광 받고 있는 해조류를 외부 환경 조건에 관계없이 안정적인 공급을 할 수 있는 대량 양식 장치를 만들고자 한다.

자연광선 중에 해조류에 성장에 유리한 파장의 빛을 인공 광원(LED)을 이용하여 필요한 빛을 제공하고, 해조류 생육에 필요한 이산화탄소와 영양분을 제공함으로써 안정적인 해조류 수확이 가능하도록 만들어 준다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 해조류 양식 장치는, 해조류의 대량 양식을 위하여, 광합성에 필요한 광원 장치, 해조류 양식을 위한 지지체, 심해수 공급 펌프, CO₂ 공급 장치, CO₂ 혼합 장치, 및 심해수 분사 노즐을 구비하는 해조류 양식 장치로서;

상기 광원은 청색 발광 다이오드와 적색 발광 다이오드를 1개 또는 여러 개의 기판위에 혼합 배치하고，이러한 발광 다이오드를 동시 혹은 교대로 점등하며;

상기 지지체는 탄소섬유를 주재료로 한 인공 말을 가지는 해조류를 양삭하는 장소로서, 상기 지지체 물밑 고정구에 따라서 물밑의 소정 위치에 위치 결정하는 고정장치와 부체에 연결된 수중 끈 모양 필라멘트(filament)로 수용성의 사이징(sizing)제가 도포되는 1개 또는 복수개의 탄소섬유 스트랜드(Paul Strand)로 만든 격자형 탄소섬유 지지체이고;

상기 수중 공급 펌프는 심해수를 끌어올리기 위해 해저면에 설치되며;

상기 혼합 장치심해수와 CO₂를 용존시키고;

상기 CO₂ 공급 배관은 상기 혼합장치에 연결되며;

상기 분사 노즐은 CO₂ 용존 심해수를 분사시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통해서 홍조류 생장에 도움을 줄 수 있는 파장의 빛을 일정하게 조사하면서 생육을 촉진시킬 수 있는 빛을 제공함으로써 대량 양식이 가능하다. 또한 향후 온실가스감축에 도움이 될 수 있는 CO₂를 재활용할 수 있고, 대량으로 양식한 홍조류를 이용하여 바이오디젤, 바이오에탄올로 분해하거나 펄프 제조에 사용 가능하다.

식물의 생장에 있어서 이상적인 에너지 강도를 가진 적색 빛과 청색 빛이 모두 제공된다. 본 발명의 장치를 실제로 이용한 육묘 실험에 의하면 청색 빛과 적색 빛의 어느 한쪽 일색만의 규칙 에너지 조사에 있어서는 모종의 줄기 부분만이 이상하게 길게 펴져 소위 도장묘가 되는 등의 기형적인 발육이 나타났다. 이는 통상 빛의 조도 부족에 대해 일어난다. 하지만 청색 빛과 적색 빛을 동시에 조사하면 건전 한 생육이 나타났다.

본 발명의 해조류 양식 장치에 의하면, 김양식이나 해양 생물의 육성을 양호하게 행할 수 있고,그 생산성을 향상시키는 것과 동시에 해양 환경을 양호하게 유지할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 해조류 양식에 필요한 요소인 빛, 유기 영양분, CO₂를 제공해 주는 장치로 구성된 양식 장치이다.

광원 장치로써 해조류 양식에 적합한 파장의 빛을 조사해 준다. 이 엽록소의 광흡수 파장역은 400nm으로부터 700nm의 가시 광선 영역에 있고, 그 피크(peak)는 적색영역660nm 부근과 청색영역 450nm 부근의 2곳에 있다 또한 광합성에 작용하는 광파장의 두 피크도 엽록소 광흡수 피크와 거의 일치한다. 그러므로 이 두 광파장을 방사하는 광원이 있으면 식물의 생육이 가능하다. 660nm의 적색 빛은 GaAlAs(갈륨(gallium), 알루미늄(Aluminium), 비소) 반도체계 적색 초고휘도 발광 다이오드의 반사광이 피크 파장이고, 450nm 부근의 청색 빛은 광도 1cd(candela) GaN(갈륨, 질소) 반도체계 청색 초고휘도 발광다이오드를 사용한다. 두 종류의 다수의 발광 다이오드들을 기판에 교대로 균등 배열하여 엽록소의 활동에 필요한 상기의 2종류의 빛을 함께 충분한 강도로 방사하는 광원을 고안, 제작하였다.

이 광원은 회로 접속에 있어서 청색 발광 다이오드와 적색 발광 다이오드의 각각 다른 전원으로 점등, 구동 가능하여서 청색 발광 다이오드와 적색 발광 다이오드 각각의 구동 전류크기를 조정, 변화할 수 있고, 이것에 의해 광원의 전체적인 광강도 및 청색 빛과 적색 빛의 강도 비율을 조정, 변화할 수 있다. 식물은 그 종류에 따라서 엽록소의 단파장(청색)의 광흡수 피크와 장파장(적색)의 광흡수 피크의 강도비에는 차이가 있기 때문에 이처럼 구동 전원으로 청색 빛과 적색 빛의 강도 비율을 변화 가능한 전기회로 구성으로 하면 다양한 종류의 식물 및 엽록소의 작용에 의하여 광합성을 하는 다양한 생물(해조류나 담수조, 광합성 세균)을 재배, 생육, 양식 가능한 광원 장치라 할 수 있다.

격자형 지지체는 탄소섬유를 주재료로 한 인공 말을 가지는 해조류를 양삭하는 장소로서, 상기 지지체 물밑 고정구에 따라서 물밑의 소정 위치에 위치 결정하는 고정장치와 부체에 연결된 수중 끈 모양 필라멘트(filament)로 수용성의 사이징(sizing)제가 도포되는 1개 또는 복수개의 탄소섬유 스트랜드(Paul Strand)로 구성된다. 이 해조류 지지체는 가시광선의 및 인공의 광원의 빛이 도달할 수 있도록 높이는 수면에서 약 0.3m를 유지한다. 장시간 태양에 노출되는 만큼 자외선에 대해서도 탁월한 저항을 가져야 한다.

부체는 해초 밀생 부위에 양식품종들이 성장, 축적되면서 밀도가 증가하게 될 경우에도 수면을 유지할 수 있도록 해 준다. 부재는 양단에 수밀 캡을 가지고 있는 중공관이다.

심해수 공급 펌프는 심해에 존재하는 풍부한 유기물과 탄산가스가 함유된 심 층수를 끌어올리는 펌프로써 CO₂ 혼합 장치와 연결되어 있다.

상기 혼합 장치에는 유기물 광합성에 필요한 탄산가스를 일정한 압력으로 공급해주는 배관이 연결되어 있다.

상기 혼합 장치는 나선형의 유로를 가지고 있고, 이 유로를 심해수가 통과하면서 고농도의 CO₂ 용존수가 제조된다. 혼합장치에서 생성된 고농도의 CO₂ 용존 심해수는 소형 펌프가 연결되어 배관을 타고 나가게 된다.

분사 노즐은 상기 혼합장치에 연결된 배관의 말단부에 존재한다. 이와 같은 분사 노즐은 탄소섬유 지지체 하부에서 해수면을 향하게 배치하여, 밀도가 낮은 CO₂가 고르게 분포되도록 하며, 상대적으로 높은 밀도를 가진 심해수가 대류를 통해서 고르게 퍼지게 된다. 분사 노즐의 급수 조절을 통해서 LED 방사로 나타날 수 있는 온도 상승 문제도 해결해 줄 수도 있다.

<실시예>

배양 가능한 해조류는 노리, 미역, 다시마 기린 사이 등을 포함한 홍조류 등을 생각해 볼 수 있지만 이에 한정하지는 않는다.

청색 발광 다이오드와 적색 발광 다이오드를 균등 배치한 패널 광원을 육성상의 천정에 설치한 식물 육성조다. 패널을 투명한 판넬로 제작하거나 10~30cm 폭의 판넬에 각각 적색과 청색 다이오드를 독립적으로 부착하고, 양 판넬들 간에 넓 이를 10cm 미만으로 배치한 것. 판넬 사이를 통해서 태양광 방사가 가능한 형태이다.

발광 다이오드 광원의 구동 전원회로로써, 청색 발광 다이오드 그룹과 적색 발광 다이오드 그룹은 회로적에 독립하고 있고, 각각을 별개의 전원으로 구동하는 것에 따라 청색 빛과 적색 빛의 강도비를 바꿀 수 있다. 발광다이오드 광원을 이용하고 간헐 조명하는 경우의 회로 구성.

해초가 밀생하는 장소는 상기 스트랜드를 수면 0.3m하에 격자 모양의 엮은 장소이다. 20m~30m의 격자 모양으로 100m 간격으로 부표를 연결하며, 하단에 고정용 엥커를 연결한 인공 해초가 밀생하는 장소를 제공한다.

15m 이하 해저에 설치하여 해수를 끌어올리는 펌프; 약 수면 0.5m에 존재하는 CO₂혼합장치까지 연결시킨 배관; 혼합장치 내에 연결된 CO₂ 공급장치; CO₂ 용존해수를 끌어올려주는 펌프; 상기 펌프에 연결되어 분사노즐까지 연결된 수로. 상기 지지체의 10~15cm 하단에 위치한 분사 노즐을 구비한다.

도 1은 본 발명에 따른 해조류 양식 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 설명

1. 펌프

2. 혼합장치

3. 분사노즐

Claims (4)

1. 해조류의 대량 양식을 위하여, 광합성에 필요한 광원 장치, 해조류 양식을 위한 지지체, 심해수 공급 펌프, CO₂ 공급 장치, CO₂ 혼합 장치, 및 심해수 분사 노즐을 구비하는 해조류 양식 장치로서,

   상기 광원은 청색 발광 다이오드 및 적색 발광 다이오드를 1개의 기판 상에 혼합 배치하거나, 또는 청색 발광 다이오드 및 적색 발광 다이오드 각각이 배치된 복수개의 기판을 혼합 배치하고, 상기 청색 발광 다이오드 및 적색 발광 다이오드를 동시 또는 교대로 점등하며;

   상기 지지체는 탄소섬유를 주재료로 한 인공 말을 가지는 해조류를 양식하는 장소로서, 상기 지지체 물밑 고정구에 따라서 물밑의 소정 위치에 위치 결정하는 고정장치와 부체에 연결된 수중 끈 모양 필라멘트(filament)로 수용성의 사이징(sizing)제가 도포되는 1개 또는 복수개의 탄소섬유 스트랜드로 만든 격자형 탄소섬유 지지체이고;

   상기 심해수 공급 펌프는 심해수를 끌어올리기 위해 해저면에 설치되며;

   상기 CO₂ 혼합 장치는 심해수에 CO₂를 용존시키고;

   상기 CO₂ 혼합 장치에 CO₂ 공급 배관이 연결되며; 그리고

   상기 심해수 분사 노즐은 CO₂ 용존 심해수를 분사시키는 것을 특징으로 하는 해조류 양식 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 혼합 배치된 청색 발광 다이오드 및 적색 발광 다이오드 광원에 청색 발광 다이오드 및 적색 발광 다이오드 각각의 밝기를 제어하는 전기 회로를 추가로 결합시킨 것을 특징으로 하는 해조류 양식 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 청색 발광 다이오드 및 적색 발광 다이오드를 주 광원으로 하여, 청색 및 적색 이외의 빛을 방사하는 발광 다이오드를 부 광원으로서 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 해조류 양식 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 심해수 분사 노즐이 해수면을 향하게 배치된 것을 특징으로 하는 해조류 양식 장치.

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