KR20100063260A - 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기 - Google Patents

반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해양 미세조류를 대량으로 배양할 수 있도록 하는 광생물 반응기에 관한 것으로서, 바다에 부유식으로 설치되어 해양 미세조류를 격리된 상태로 대량배양하기 위한 광생물 반응기에 있어서, 해수의 출입이 가능한 가운데 해양 미세조류의 투과가 차단되는 반투과막으로 제작되며, 해양 미세조류를 수용하는 배양공간을 제공하도록 입체적으로 형성되는 배양주머니; 및 상기 배양주머니를 태양광에 노출될 수 있도록 해수면 근처에 위치시키기 위해, 상기 배양주머니에 연결되는 부양 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기를 제공함으로써, 저렴한 비용으로 제작할 수 있으며, 공간적 제약으로부터 해방되어 수평적인 대규모화와 더불어 수직적 규모확대 또한 가능하며, 나아가 배지를 제조하여 공급해주고 교환해 줄 필요가 없어 관리 및 운영에 필요한 인력과 비용이 현저히 절감됨에 따라, 용이하고도 경제성 있는 미세조류의 대량배양을 가능하게 한다. 따라서, 바이오 에너지를 포함하는 유용산물의 대량생산과 더불어 양적으로 의미 있는 이산화탄소의 제거 또한 가능하게 하는, 상업적인 대량생산의 걸림돌을 제거하는 효과를 얻을 수 있도록 한다.
배양주머니, 반투과막, 부양 수단, 무게추, 고정수단

Description

반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기{PHOTOBIOREACTOR FOR MARINE MICROALGAL MASS CULTURES USING PERMEABLE MENBRANE}
본 발명은 해양 미세조류를 대량으로 배양할 수 있도록 하는 광생물 반응기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 별도로 배지를 만들어 공급해줄 필요없이 해수의 출입에 의해 양분의 공급과 배설물의 배출이 가능하여 경제성 있게 다양한 종류의 해양 미세조류의 대량생산할 수 있도록 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기에 관한 것이다.
근래 들어, 기능적 다양성으로 인해 광합성 미생물이나 미세조류에 관한 관심이 높아지고 있으며, 다양한 분야에서 그 연구의 범위가 넓어지고 있다. 미세조류는, 광합성 능력을 보유함에 따라, 지구온난화와 같은 환경 문제로 인해 최근 큰 관심의 대상이 되고 있는 이산화탄소 절감에 관한 연구에 활발히 사용되고 있으며, 화석연료의 고갈에 대비한 지속가능한 에너지원으로 주목되고 있는 바이오 디젤, 바이오 에탄올 및 수소가스 등과 같은 바이오에너지의 생산과 관련된 연구에도 활용되고 있다.
하지만, 미세조류를 이용한 양적으로 의미 있는 이산화탄소의 제거나, 바이오에너지와 같은 유용한 산물의 대량생산을 위해서는 반드시 미세조류 배양이 대규모적이고 고농도로 이루어져야 한다. 따라서, 규모가 큰 배양설비의 구축과 관련된 기술이 필수적으로 요구되고 있는 실정이다.
종래에는 실내에 설치되는 여러 형태의 광생물 반응기가 미세조류를 배양하기 위한 배양설비로 사용되고 있다. 이와 같은, 광생물 반응기는 대부분 빛의 투과성을 증대시키고 멸균처리가 가능한 고가의 파이렉스(pyrex)와 같은 유리나 이를 응용한 재질로 만들어지고, 인공적인 조명수단이 갖추어져야 함에 따라, 제작을 위해 많은 자본과 기술이 투자되어야 하며, 제작 후에도 유지보수와 운영에 많은 비용을 필요로 한다. 이와 같은 광생물 반응기는 규모를 확대하는데 많은 비용이 필요할 뿐만 아니라 넓은 공간을 필요로 함에 따른 공간적 제약 또한 수반된다. 나아가, 미세조류 배양을 위한 배지를 조제하여 공급해주고 주기적으로 교환해주어야 하며, 미세조류가 성장하면서 배출하는 배설물과 성장을 방해하는 대사 산물을 제거해주어야 한다. 즉, 제작비용과 공간적 제약에 더하여 관리 및 운영에 많은 인력과 장비 및 비용을 필요로 하는 문제점이 있다.
따라서, 상업적인 대량배양을 위해서는 경제성 확보가 무엇보다 중요한 선결조건일 수밖에 없다는 점을 고려하면, 규모확대시 제작과 유지보수에 많은 비용이 소요되고, 넓은 공간을 필요로 하며, 조명수단의 가동과 배지의 조제 및 배지의 교 환과 관련된 운영비용이 수반되는, 종래기술에 따른 광생물 반응기를 활용한 미세조류의 배양은, 연구목적의 소규모 배양용으로는 적절할지 몰라도, 경제성을 고려하지 않을 수 없는 상업적인 대규모 배양용으로는 현실적으로 적절한 방안이라 할 수 없을 것이다.
이와 같이, 비용 및 공간과 관련된 문제들은, 바이오에너지를 포함하는 유용한 산물을 생산하거나 이산화탄소를 제거하기 위해 미세조류가 활용되는 것을 어렵게 하는 큰 걸림돌이 되고 있으며, 따라서 저렴하고 용이하게 미세조류를 대량으로 배양할 수 있는 배양기술의 개발이 절실히 필요한 실정이라 하겠다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로서,
본 발명은 제작에 소요되는 비용이 저렴하고, 공간적 제약에서 자유로우며, 배지를 제조하여 공급해주고 교환해 줄 필요가 없어 관리 및 운영에 필요한 인력과 비용이 현저히 절감될 수 있도록 하여, 용이하고도 경제성 있는 미세조류의 대량배양을 가능하게 하는 반투과막을 이용한 해양미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 실현하기 위한 본 발명은,
바다에 부유식으로 설치되어 해양 미세조류를 격리된 상태로 대량배양하기 위한 광생물 반응기로서,
해수의 출입이 가능한 가운데 해양 미세조류의 투과가 차단되는 반투과막으로 제작되며, 해양 미세조류를 수용하는 배양공간을 제공하도록 입체적으로 형성되는 배양주머니; 및
상기 배양주머니를 태양광에 노출될 수 있도록 해수면 근처에 위치시키기 위해, 상기 배양주머니에 연결되는 부양 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기를 제공한다.
그리고, 상기 배양주머니의 내부 또는 외부에 배치된 상태에서, 상기 배양주 머니의 입체적 형상을 유지하는 형상유지 틀을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배양주머니와 상기 부양 수단은 길이조절이 가능한 하나 이상의 로프로 연결되며,
상기 배양주머니의 하부에 매달리는 무게추를 더 포함하여,
상기 로프의 길이조절과 상기 무게추에 의해 상기 배양주머니가 설치되는 수심을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 배양주머니의 하부에 연결되는 기체공급관, 및 이 기체공급관을 통해 외부공기를 상기 배양주머니에 공급하는 기체공급수단을 더 포함하여, 기포에 의한 혼합작용으로 상기 배양주머니 내에서 해양 미세조류가 고르게 분산될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 배양주머니는 역원추형으로 형성되며, 꼭지점에 상기 기체공급관 및 상기 무게추가 연결되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 배양주머니는 상부의 수직원통형 부분과 하부의 역원추형 부분을 갖도록 형성되며, 역원추형부분의 꼭지점에 상기 기체공급관 및 상기 무게추가 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 둘 이상의 상기 배양주머니가 상하로 배열되도록 연결되며,
둘 이상의 상기 배양주머니가 상하로 배열되도록 연결되며,
최하부에 위치하는 배양주머니를 포함하는 하나 이상의 상기 배양주머니에 매달리는 하나 이상의 무게추를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 부양 수단, 상기 배양주머니 및 상기 무게추 중 어느 하나에 매달린 상태에서 해저면에 고정되어 이동범위를 제한하는 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 부양 수단은 서로 소정의 간격으로 유지되는 적어도 한 쌍의 연결지점을 구비하며,
상기 배양주머니는 길이가 길고 폭이 좁은 형상으로 형성되어 길이방향 양단부에 연결되는 각각 하나의 로프를 통해 쌍을 이루는 상기 연결지점에 각각 연결되어,
상기 배양주머니가 파도나 해수의 이동에 의해 자유롭게 뒤집힐 수 있는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 배양주머니는 길쭉한 원통형으로 형성되어 해수면과 나란하게 뉘어진 형태로 상기 부양수단에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배양주머니는 중앙의 원통형 부분과 이 원통형 부분의 양단에 한 쌍의 원추형 부분을 갖도록 형성되며, 각 원추형 부분의 꼭지점에 각각 상기 로프가 연결되는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 부양 수단에 매달린 상태에서 해저면에 고정되어 이동범위를 제한하는 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기를 제공함으로써, 본 발명은, 저렴한 비용으로 제작할 수 있으 며, 공간적 제약으로부터 해방되어 수평적인 대규모화와 더불어 수직적 규모확대 또한 가능하며, 나아가 배지를 제조하여 공급해주고 교환해 줄 필요가 없어 관리 및 운영에 필요한 인력과 비용이 현저히 절감됨에 따라, 용이하고도 경제성 있는 미세조류의 대량배양을 가능하게 한다. 따라서, 바이오 에너지를 포함하는 유용산물의 대량생산과 더불어 양적으로 의미 있는 이산화탄소의 제거 또한 가능하게 하는, 상업적인 대량생산의 걸림돌을 제거하는 효과를 얻을 수 있도록 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
본 발명에 따른 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기는 대규모화에 따른 공간적 제약을 획기적으로 극복할 수 있는 바다에 설치된다. 즉, 바다에 부유식으로 설치되어 해양 미세조류를 격리된 상태로 대량배양하기 위한 용도로 사용된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 1에 도시한 바와 같이, 배양주머니(10-1)와, 이 배양주머니를 태양광에 노출될 수 있도록 해수면 근처에 위치시키기 위해 배양주머니(10-1)와 연결되는 부양 수단(30)을 포함한다.
구체적으로, 배양주머니(10-1)는 해수의 출입이 가능한 가운데 해양 미세조 류의 투과가 차단되는 반투과막으로 제작되며, 해양 미세조류를 수용하는 배양공간을 제공하도록 입체적으로 형성된다. 그리고, 배양주머니(10-1)은 그 내부 또는 외부에 배치되어 배양주머니의 입체적 형상을 유지하는 형상유지 틀(20)을 더 포함하여, 배양공간을 안정적으로 유지할 수 있도록 한다.
배양주머니(10-1)가 해수의 출입이 가능한 가운데 해양 미세조류의 투과가 차단되는 반투과막으로 제조된다는 것은 본 발명의 가장 주요한 특징이라 할 수 있다. 좀 더 상세히 설명하면, 해수의 출입이 가능하다는 것은 우선 유입되는 해수에 녹아 있는 영양염류를 미세조류 배양에 필요한 양분으로 사용할 수 있고, 따라서 미세조류 배양을 위해 별도로 배지를 조제하여 공급해 줄 필요가 없다는 것을 의미한다. 또한, 미세조류가 성장하면서 배출하는 배설물과 성장을 방해하는 대사 산물이 해수에 녹아서 배출되는 해수와 함께 자연스럽게 제거됨에 따라, 배설물과 성장을 방해하는 대사 산물을 제거하기 위한 별도의 정화작업을 필요로 않으며, 배지의 교환 또한 필요로 하지 않는다. 나아가, 해수에 녹아있는 이산화탄소 역시 미세조류의 성장과정에서 일어나는 광합성에 사용되며, 광합성의 산물로 발생하는 산소는 반투과막을 통과하여 대기중으로 배출될 수 있다. 한편, 해양 미세조류의 투과가 차단된다는 것은 관리가능한 제한적인 공간에서만 해양 미세조류가 배양되며, 따라서 미세조류의 대량번식에 의한 해양오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 적정수준의 배양이 이루어진 다음 용이하게 수확할 수 있다는 것을 의미한다.
부양 수단(30)은 배양주머니(10-1)를 태양광에 노출될 수 있도록 해수면 근처에 위치시키기 위한 것으로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 서로 떨어져 배치되는 한 쌍의 부양 부재(35)와, 이 한 쌍의 부양 부재(35)를 소정의 간격을 유지하는 상태로 연결하는 연결프레임(37)으로 구성될 수 있다. 다만, 부양 수단(30)은 이와 같은 형태에 국한되지 않으며, 배양주머니(10-1)의 형상과 크기에 따라 다양한 변형이 가능하다 할 것이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1실시예와 마찬가지로 배양주머니(10-2) 및 부양 수단(30)을 포함하되, 배양주머니(10-2)와 부양 수단(30)은 길이조절이 가능한 하나 이상의 로프(25)로 연결되며, 배양주머니(10-2)의 하부에 매달리는 무게추(60)를 더 포함한다. 따라서, 로프(25)의 길이를 조절하고 무게추(60)에 의해 균형을 잡도록 하여 배양주머니(10-2)가 설치되는 수심을 조절할 수 있도록 한다.
배양대상이 되는 해양 미세조류의 종류에 따라 생산할 수 있는 산물이 다를 뿐만 아니라, 광합성에 사용하는 태양광의 파장이 다르다. 또한, 수심에 따라 투과하는 태양광의 파장이 다르며, 따라서 배양주머니(10-2)의 설치 수심을 조절한다는 것은 배양대상이 되는 미세조류의 종류에 따라 배양주머니가 적절한 깊이에 위치하도록 한다는 것이다. 즉, 배양될 미세조류의 종류에 따라, 배양주머니가 해수면 근처에 위치하도록 하거나 일정 깊이의 수중에 위치하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광생물 반응기는, 부양 수단(30)에 매달 리도록 연결된 상태에서 해저면에 고정되어 이동범위를 제한하는 고정수단(70)을 더 포함한다. 이와 같은 고정수단(70)은, 광생물 반응기가 해수의 이동에 따라 이동하는 것을 방지하여 관리가능한 제한적인 영역을 벗어나지 않도록 하기 위한 것으로서, 비중이 높은 재질로 만들어지는 것이 바람직하며, 닻(anchor)과 유사하게 해저면에 쉽게 고정될 수 있는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다 하겠다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 3에 도시한 바와 같이, 역원추형으로 형성되는 배양주머니(10-3)와 부양 수단(30)을 포함한다. 또한, 제2 실시예와 마찬가지로, 배양주머니(10-3)와 부양 수단(30)은 길이조절이 가능한 하나 이상의 로프(25)로 연결되며, 배양주머니(10-3)의 하부에 매달리는 무게추(60)를 포함한다.
나아가, 제3 실시예에 따른 광생물 반응기는 배양주머니(10-3)의 하부에 연결되는 기체공급관(40), 및 이 기체공급관(40)을 통해 외부공기를 배양주머니(10-3)에 공급하는 기체공급수단(50)을 더 포함한다.
따라서, 기체공급시 배양주머니(10-3) 내부의 배양공간은 기포에 의한 혼합작용으로 배양주머니(10-3) 내에서 해양 미세조류가 고르게 분산될 수 있도록 하여, 해양 미세조류의 배양환경이 양호하게 유지될 수 있도록 한다. 물론, 해류나 조석간만의 차 등으로 인한 해수의 유동에 의해 배양주머니(10-3)는 자연적으로도 양호한 혼합효과를 얻을 수 있는 경우가 많다. 따라서, 이상과 같은 기체공급은 필요에 따라 더욱 바람직한 혼합작용이 요구될 경우에 선택적으로 채택되는 것이 바람직하다 하겠다.
제3 실시예에 따른 광생물 반응기에서, 기체공급관(40)과 무게추(60)는 모두 역원추형으로 형성되는 배양주머니(10-3)의 꼭지점에 연결되며, 제2 실시예와 달리, 고정수단(70)은 배양주머니(10-3)의 꼭지점에 매달리도록 연결된 상태에서 해저면에 고정되어 이동범위를 제한한다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 4에 도시한 바와 같이, 상부의 수직원통형 부분(11)과 하부의 역원추형 부분(13)을 갖도록 형성되는 배양주머니(10-4)를 포함한다. 그리고, 역원추형 부분(13)의 꼭지점 위치에 기체공급관(40) 및 무게추(60)가 연결된다. 그러나, 제2 실시예 및 제3 실시예와 달리, 고정수단(70)은 무게추(60)에 매달리도록 연결된 상태에서 해저면에 고정되어 이동범위를 제한하는 역할을 수행한다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 5에 도시한 바와 같이, 원통형으로 형성되며 해수면과 나란하게 뉘어진 형태로 배치되며, 상하로 서로 나란하게 배열되는 3개의 배양주머니(10-5)를 포함한다. 배양주머니(10-5)의 수는 제한되지 않지만, 배양주머니(10-5)가 너무 깊은 곳에 위치할 경우 미세조류의 광합성에 필요한 태양광이 도달할 수 없다는 것을 고려하여, 적절한 깊이 이내에 위치하도록 제한될 필요가 있을 것이다.
또한, 이와 같은 배양주머니들 중 최하부에 위치하는 배양주머니를 포함하는 하나 이상의 배양주머니(10-5)에 매달리는 하나 이상의 무게추(60)를 포함한다. 구체적으로, 도 5에는 최하부에 위치하는 배양주머니(10-5)와 중간에 위치하는 배양주머니에만 무게추(60)가 매달리는 형태의 광생물 반응기가 도시되고 있지만, 최하부에 위치하는 배양주머니에만 또는 모든 배양주머니에 무게추(60)가 매달리는 형태 또한 가능하다 할 것이다. 즉, 최하부에 위치하는 배양주머니에는 전체적인 배열형태 및 균형유지를 위해 무게추(60)가 필수적으로 매달리도록 구성해야 하지만, 나머지 배양주머니에는 선택적으로 채택될 수 있다는 것이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 6에 도시한 바와 같이, 서로 소정의 간격으로 유지되는 적어도 두 쌍의 연결지점을 구비하는 부양 수단(30)과, 길이가 길고 폭이 좁은 형상으로 형성되어 길이방향 양단부에 연결되는 각각 하나의 로프(25)를 통해 쌍을 이루는 연결지점에 각각 연결되는 두 개의 배양 주머니(10-6)를 포함한다.
본 실시예에서, 부양 수단(30)은, 이상의 실시예들과 마찬가지로, 서로 떨어져 배치되는 한 쌍의 부양 부재(35)와, 이 한 쌍의 부양 부재(35)를 소정의 간격을 유지하는 상태로 연결하는 연결프레임(37)으로 구성될 수 있으며, 각 부양 부재(35)의 마주보는 위치에 연결지점의 역할을 수행하는 연결고리(39)가 부착된다. 물론, 부양 수단(30)은 이와 같은 형태에 국한되지 않으며, 배양주머니(10-6)의 형상과 크기에 따라 다양한 변형이 가능하다 할 것이다.
또한, 본 실시예에 따른 광생물 반응기는, 부양 수단(30)에 매달리는 형태의 고정수단(70)을 포함할 뿐, 배양주머니(10-6)에 무게추가 매달리지 않는다.
이와 같이, 배양주머니(10-6)가 길이가 길고 폭이 좁은 형상으로 형성됨과 더불어 길이방향 양단부에 연결되는 각각 하나의 로프(25)를 통해 마주보는 위치의 연결고리(39에 각각 연결됨에 따라, 그리고 배양주머니(10-6)에 무게추가 매달리지 않음에 따라, 배양주머니(10-6)는 파도나 해수의 이동에 의해 자유롭게 뒤집힐 수 있는 상태가 된다.
배양주머니(10-6)가 파도나 해수의 이동에 의해 자유롭게 뒤집힐 수 있다는 것은, 별도로 기체를 공급하여 기포에 의한 혼합작용이 일어나도록 하지 않더라도, 배양주머니 내에서 해양 미세조류가 고르게 분산될 수 있도록 하고, 따라서 해양 미세조류의 배양환경이 양호하게 유지될 수 있도록 한다는 것을 의미한다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예 시도이다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 7에 도시한 바와 같이, 길쭉한 원통형으로 형성되어 해수면과 나란하게 뉘어진 형태로 부양 수단(30)에 연결되는 배양주머니(10-7)를 포함한다. 이 경우, 배양주머니(10-7)는 파도나 해수의 이동에 의해 더욱 자유롭게 뒤집힐 수 있는 상태가 된다 할 수 있을 것이다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
본 발명의 제8 실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 8에 도시한 바와 같이, 중앙의 원통형 부분(17)과 이 원통형 부분의 양단에 한 쌍의 원추형 부분(19)을 갖도록 형성되며, 각 원추형 부분(19)의 꼭지점에 연결되는 로프(25)를 통해 부양수단(30')에 연결되는 배양주머니(10-8)를 포함한다. 본 실시예에 따른 배양주머니(10-8)는, 이상의 제7 실시예에 따른 경우와 비교해서도, 파도나 해수의 이동에 의해 더욱 자유롭게 뒤집힐 수 있는 상태가 된다 할 수 있을 것이다.
또한, 본 실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 8에 도시한 바와 같이, 부양 수단(30')의 길이방향 규모확대와 더불어, 부양 수단(30')에 다수 쌍의 연결고리(39)를 구비하도록 하고, 쌍을 이루는 연결고리(39)에 각각 배양주머니(10-8)를 연결하는 방식으로 용이하게 규모확대가 가능함을 보여주고 있다. 별도로 도시하지는 않았지만, 부양 수단(30')의 폭방향 규모확대 또한 가능하며, 따라서 상업적인 대량배양을 위한 규모확대가 가능함을 예상할 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따른 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기는, 다음과 같은 방식으로 미세조류 대량배양에 활용될 수 있을 것이다.
우선, 해양에서 배양할 수 있는 모든 미세조류에 적용될 수 있을 것이다. 즉, 특히 바이오 에너지를 생산하기 위한 목적의 상업적인 미세조류 대량배양에 적합하며, 이 과정에서 지구온난화와 관련된 환경문제의 주범인 이산화탄소를 양적으로 의미를 갖는 정도로 소비함에 따라 친환경적이라 할 수 있다.
그리고, 반투과막을 통해 해수에 함유되어 있는 영양염류가 유입되고, 해수와 함께 배설물과 성장을 방해하는 대사 산물이 제거된다. 따라서, 별도의 배지 공급과 교환이 필요치 않음에 따라, 운영에 필요한 인력과 비용이 현저히 절감된다 할 수 있을 것이다.
또한, 제작비용이 종래기술의 광생물 반응기에 비하여 현저히 저렴하고, 무엇보다 넓은 바다를 설치장소로 활용할 수 있음에 따라, 미세조류의 대량배양에 필수적인 규모확대의 걸림돌로 작용하였던 경제적 제약과 공간적 제약을 한번에 해소할 수 있다. 즉, 일반적으로 광생물 반응기에서 가장 중요한 것 중 하나가 광에너지의 효율적 전달이며, 이러한 점은 광생물 반응기의 규모확대를 어렵게 하는 요인 중 하나라는 것을 고려했을 때, 본 발명에 따른 광생물 반응기는 부피당 표면적의 비율이 높아도, 즉 규모확대가 이루어져도 부피당 표면적의 비율을 거의 무한하게 확장할 수 있는 바다에 설치됨에 따라 수평적 규모확대가 매우 용이하다 할 수 있 을 것이다.
나아가, 수직적 규모확대가 가능함에 따라, 수심에 따라 다른 종류의 미세조류를 동시에 배양할 수도 있다. 즉, 배양주머니가 배치되는 깊이의 조절을 통해 미세조류의 생장이나 생산하고자 하는 대사 산물의 생산에 적합한 조건을 확보할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기는, 지구는 육지보다 바다의 면적이 현저히 넓으며, 대한민국 역시 삼면이 바다로 둘러싸여 있음에 따라, 해양자원의 개발이 국가의 미래에 끼치는 영향은 대단하다 할 수 있을 것이다. 즉, 상대적으로 좁은 국토면적에 비하여 넓은 해양을 이용하여 국토이용효율을 극대화할 수 있는 무한한 활용가치를 갖는다 할 수 있을 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6, 10-7, 10-8: 배양주머니
20: 형상유지 틀 25: 로프
30, 30': 부양 수단 35: 부양 부재
37: 연결 프레임 39: 연결고리
40: 기체공급관 50: 기체공급수단
60: 무게추 70: 고정수단

Claims (12)

  1. 바다에 부유식으로 설치되어 해양 미세조류를 격리된 상태로 대량배양하기 위한 광생물 반응기로서,
    해수의 출입이 가능한 가운데 해양 미세조류의 투과가 차단되는 반투과막으로 제작되며, 해양 미세조류를 수용하는 배양공간을 제공하도록 입체적으로 형성되는 배양주머니; 및
    상기 배양주머니를 태양광에 노출될 수 있도록 해수면 근처에 위치시키기 위해, 상기 배양주머니에 연결되는 부양 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배양주머니의 내부 또는 외부에 배치된 상태에서, 상기 배양주머니의 입체적 형상을 유지하는 형상유지 틀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 배양주머니와 상기 부양 수단은 길이조절이 가능한 하나 이상의 로프로 연결되며,
    상기 배양주머니의 하부에 매달리는 무게추를 더 포함하여,
    상기 로프의 길이조절과 상기 무게추에 의해 상기 배양주머니가 설치되는 수심을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 배양주머니의 하부에 연결되는 기체공급관, 및 이 기체공급관을 통해 외부공기를 상기 배양주머니에 공급하는 기체공급수단을 더 포함하여, 기포에 의한 혼합작용으로 상기 배양주머니 내에서 해양 미세조류가 고르게 분산될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 배양주머니는 역원추형으로 형성되며, 꼭지점에 상기 기체공급관 및 상기 무게추가 연결되는 것을 특징으로 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 배양주머니는 상부의 수직원통형 부분과 하부의 역원추형 부분을 갖도록 형성되며, 역원추형부분의 꼭지점에 상기 기체공급관 및 상기 무게추가 연결되는 것을 특징으로 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기.
  7. 제 3항에 있어서,
    둘 이상의 상기 배양주머니가 상하로 배열되도록 연결되며,
    최하부에 위치하는 배양주머니를 포함하는 하나 이상의 상기 배양주머니에 매달리는 하나 이상의 무게추를 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부양 수단, 상기 배양주머니 및 상기 무게추 중 어느 하나에 매달린 상태에서 해저면에 고정되어 이동범위를 제한하는 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 부양 수단은 서로 소정의 간격으로 유지되는 적어도 한 쌍의 연결지점을 구비하며,
    상기 배양주머니는 길이가 길고 폭이 좁은 형상으로 형성되어 길이방향 양단부에 연결되는 각각 하나의 로프를 통해 쌍을 이루는 상기 연결지점에 각각 연결되어,
    상기 배양주머니가 파도나 해수의 이동에 의해 자유롭게 뒤집힐 수 있는 것을 특징으로 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 배양주머니는 길쭉한 원통형으로 형성되어 해수면과 나란하게 뉘어진 형태로 상기 부양수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 배양주머니는 중앙의 원통형 부분과 이 원통형 부분의 양단에 한 쌍의 원추형 부분을 갖도록 형성되며, 각 원추형 부분의 꼭지점에 각각 상기 로프가 연결되는 것을 특징으로 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기.
  12. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부양 수단에 매달린 상태에서 해저면에 고정되어 이동범위를 제한하는 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과막을 이용한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기.
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