KR20140001435A

KR20140001435A - 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법

Info

Publication number: KR20140001435A
Application number: KR1020120068993A
Authority: KR
Inventors: 김종득; 박찬우; 김소은; 황문찬
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-01-07
Also published as: KR101372298B1

Abstract

본 발명은 미세조류에 바이오디젤을 포함하는 용매를 첨가하여 미세조류내 포함된 기름방울(Oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계; 상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류로부터 바이오오일을 추출하는 단계; 상기 추출된 바이오오일을 전이에스테르화 시키는 단계; 및 전이에스테르화된 바이오디젤을 정제하는 단계;를 포함하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 바이오디젤의 제조방법은 종래기술과 대비하여 미세조류내 바이오오일의 추출효율을 높일 수 있고 유기용매의 사용을 억제함으로써, 저비용 친환경 공정을 제공할 수 있다.

Description

미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법{Preparation method of fatty acid methyl esters from microalgaes}

본 발명은 바이오디젤의 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세조류로부터 바이오오일을 추출함에 있어, 미세조류내 포함된 기름방울(oil drop)을 바이오디젤을 포함하는 용매를 사용하여 팽윤(swelling)시키는 단계를 포함하는 바이오디젤의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 바이오디젤을 포함하는 용매를 사용하여 미세조류내 포함된 기름방울을 팽윤시킴으로써, 미세조류내 바이오오일의 추출효율을 향상시킬 수 있고, 또한 최종적으로 얻어진 바이오디젤을 미세조류내 기름방울의 팽윤에 사용되는 용매로서 재순환함으로써, 종래의 유기용매를 사용하여 바이오디젤을 제조하는 방법에 대비하여 경제성을 높일 수 있는 바이오디젤의 순환식 제조방법에 관한 것이다.

식물성 유지의 에스테르 반응으로 만들어진 바이오디젤(fatty acid methyl ester, FAME)은 경유와 비슷한 물성을 가져 자동차의 연료 및 첨가제 등으로 사용될 수 있어, 화석연료의 고갈에 따라 재생이 가능하고 환경적, 경제적으로 지속 가능한 새로운 재생에너지의 개발 요구되고 있는 시점에서 지속적으로 연구의 대상이 되고 있다.

바이오디젤은 기존 화석연료와 달리, 근본적으로 태양에너지가 근원이 되어 고갈의 문제가 없고, 연소 시 발생되는 이산화탄소는 식물의 광합성에 의해 회수 및 재생이 가능하다. 또한 공해 물질의 배출이 적고 자연분해도가 높아 사회적으로 요구되어지는 연료이다.

하지만 기존의 바이오디젤의 원료는 인류의 식용작물이 많고 이는 식량문제 및 원료수급의 불안정성 등에 따라 비식용작물을 이용한 바이오디젤의 생산이 요구되어지고 있다.

이러한 측면에서 비식용 수중식물인 미세조류를 이용한 바이오디젤의 생산이 많은 관심을 받고 있다. 미세조류는 광합성을 이용하는 해양 생명체로 이산화탄소 고정이 가능하며, 이를 통해 생산된 식물성 유지는 바이오 디젤로 전환이 가능하다. 특히 미세조류는 성장속도가 빠르고 및 오일 생산량이 높아 단위면적 바이오디젤의 생산량은 약 58,700 L/ha로 대두를 이용한 경우인 446 L/ha 보다 약 130배 높은 생산성을 보인다. 또한 미세조류를 통해 생산된 바이오디젤은 다른 작물을 통해 생산된 바이오디젤보다 에너지 밀도가 높고 석유화학으로 생산된 디젤과 가장 흡사하다. 뿐만 아니라 미세조류 바이오디젤은 황을 포함하지 않고, 독성이 낮고, 생분해성이 높고, 불포화지방산이 많은 특징을 갖는다.

미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 종래기술로서, 공개특허공보 제10-2011-0077723호에서는 농축된 미세 조류로부터 클로로필 및 세포벽을 제거하여 바이오매스(biomass)를 생성하고 이로부터 바이오오일을 추출한 다음, 산 촉매 하에서 알코올을 이용하여 바이오오일을 에스테르화시킨 다음 탈산 바이오오일(deoxidized bio-oil)을 추출하고 계속해서, 염기 촉매 하에서 알코올 이용하여 탈산 바이오오일을 전이 에스테르화시켜 비정제 바이오 디젤(bio diesel)을 추출하여 바이오 디젤을 합성하는 방법에 관해 기재되어 있다.

또한 등록특허공보 제10-0320786호에서는 미세조류 보트리오코커스 브라우니(Botryococcus braunii) UTEX 572를 클로로포름과 메탄올이 2:1의 중량비로 혼합된 혼합용매에 분산시킨 후 유리비드를 사용하여 미세조류를 파쇄하여 탄화수소를 추출하는 방법에 관해 기재되어 있다.

하지만 상기 종래기술을 포함하는 현재까지의 미세조류로부터 바이오디젤을 생산하는 기술로는 경제성을 갖는 생산단가를 확보하기 어려워, 보다 추출효율이 높으며 친환경적인 바이오디젤의 제조법이 필요하다.

상기 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 보편적인 방법은 미세조류의 생산 및 수확단계, 바이오오일의 추출단계, 전이에스테르화(transesterification)반응에 의한 바이오디젤로의 전환 단계로 구분될 수 있다.

바이오오일의 추출단계에 있어서 기존의 방법으로 압착을 이용하는 방법이 가장 간단하나 추출효율이 낮다. 초임계유체법은 100%에 가까운 추출효율을 보이지만 장비의 초기 설치 및 유지비용이 높아 경제성이 떨어진다. 용매추출방법으로는 미세조류를 동결건조한 후 클로로포름, 헥산 등의 용매를 이용하여 추출할 수 있으나 증류를 기반으로 하는 용매 회수 공정과 고가의 용매들이 사용되어 새로운 경제적인 추출방법이 필요하다.

또한 바이오오일을 추출하기 전에 미세조류를 건조하는 과정은 건조 비용과 시간이 소요되기 때문에 비건조 미세조류를 이용한 추출법은 바이오디젤의 경제성을 향상시킬 수 있다.

하지만 비건조 미세조류를 이용할 경우에는 현재까지 매우 낮은 추출효율을 보이고 있다. 왜냐하면 수분을 가지고 있을 때 미세조류는 앨라스틱 모듈러스(elastic modulus)가 매우 높고 물이 윤활제 역할을 하여 세포변형이 어렵고, 이에 따라 추출 또한 효율적이지 못한 것이다. 이를 해결하기 위해 세포파쇄를 위한 초음파처리, 유리비드처리, 전기처리 등이 필수적으로 필요하며 이는 추가적인 비용이 발생한다. 따라서 건조되지 않은 미세조류를 이용하면서 높은 추출효율 및 저비용의 추출이 가능한 기술의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.

공개특허공보 제10-2011-0077723호 등록특허공보 10-0320786호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 종래의 탄화수소나 메탄올을 용매로 사용하여 미세조류로부터 바이오오일을 추출하는 것으로부터 탈피하여 미세조류내 포함된 바이오오일의 추출효율을 높임으로써, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조할 수 있는 신규한 방법을 제공하고자 한다.

또한 비건조 미세조류로부터 바이오오일을 효율적으로 추출할 수 있는 신규한 방법을 통하여 종래의 미세조류 건조공정을 생략하여 경제성이 높은 바이오디젤 제조방법을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 최종적으로 제조된 바이오디젤을 상기 미세조류내 포함된 기름방울을 팽윤시키기 위해 사용되는 바이오디젤을 포함하는 용매로서 재순환하여 연속공정에 적용함으로써, 친환경적이고 경제성이 높은 미세조류로부터 바이오디젤을 생산하는 공정을 제공하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 미세조류로부터 바이오오일을 추출함에 있어, 바이오디젤을 포함하는 용매로 사용하여 미세조류내 포함된 기름방울(oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계를 포함하는 바이오디젤의 제조 방법을 제공하고자 한다.

보다 구체적으로, 본 발명은 미세조류에 바이오디젤을 포함하는 용매를 첨가하여 미세조류내 포함된 기름방울(Oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계; 상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류로부터 바이오오일을 추출하는 단계; 상기 추출된 바이오오일을 전이에스테르화 시키는 단계; 및 전이에스테르화된 바이오디젤을 정제하는 단계;를 포함하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 미세조류에 바이오디젤을 포함하는 용매를 첨가하여 미세조류내 포함된 기름방울(Oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계; 및 상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류에 압착, 진공 여과, 원심분리 여과, 열수처리, 용매추출, 마이크로파 이용, 효소처리, 초임계 이산화탄소 추출로부터 선택되는 하나 이상의 방법을 사용하여 바이오오일을 추출하는 것을 특징으로 하는, 미세조류로부터 바이오오일을 추출하는 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 미세조류에 바이오디젤을 포함하는 용매를 첨가하여 미세조류내 포함된 기름방울(Oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계; 상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류로부터 바이오오일을 추출하는 단계; 상기 추출된 바이오오일을 전이에스테르화 시키는 단계; 전이에스테르화된 바이오디젤을 정제하는 단계; 상기 정제된 바이오디젤의 일부를 상기 미세조류내 포함된 기름방울(Oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계에서 사용되는 용매로서 재투입하는 단계;를 포함하여 이루어지는, 연속공정을 통해 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 바이오디젤의 제조방법은 기존의 압착추출법과 대비하여 낮은 추출효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 기존의 용매추출법에 비해 용매의 사용량을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 상기 미세조류내 포함된 기름방울의 팽윤에 사용되는 바이오디젤을 포함하는 용매를 최종생산물인 바이오디젤로서 재순환시킴으로서 연속공정에 적용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 유해하고 환경에 나쁜 영향을 주며 단가가 높은 유기용매의 사용을 억제함으로써, 저비용 친환경 공정을 이용하여 바이오디젤을 제조할 수 있다.

도1은 본 발명에서의 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 공정도를 도시한 그림이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오디젤에 의해 팽윤되거나 팽윤되지 않은 미세조류의 현미경 사진으로, 나일레드(Nile red)에 의해 유지성분을 형광으로 시각화하여 나타낸 그림이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 팽윤에 사용된 바이오디젤, 팽윤 후 분리된 바이오디젤, 팽윤된 미세조류로부터 추출하여 제조된 바이오디젤 및 팽윤처리되지 않은 미세조류 내의 유지성분을 추출하여 분석한 가스크로마토그래피 결과를 나타낸 그림이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예와 함께 발명의 구성을 상세히 설명한다. 본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이고, 특징적 구성이 드러나도록 공지의 구성들은 생략하여 도시하였으므로 도면으로 한정하지는 아니한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 미세조류로부터 바이오오일을 추출함에 있어, 바이오디젤을 포함하는 용매로 사용하여 미세조류내 포함된 기름방울(oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계를 포함하는 바이오디젤의 제조 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로 본 발명은 미세조류에 바이오디젤을 포함하는 용매를 첨가하여 미세조류내 포함된 기름방울(Oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계; 상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류로부터 바이오오일을 추출하는 단계; 상기 추출된 바이오오일을 전이에스테르화 시키는 단계; 및 전이에스테르화된 바이오디젤을 정제하는 단계;를 포함하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 상기 미세조류는 광합성을 통해 세포 내부에서 유지성분을 생산하는 미세조류이면 어느 것이나 종류에 상관없이 사용이 가능하다. 보다 구체적으로는 클라미도모나스 레인하드티 (Chlamydomonas reinhardtii), 클로렐라 불가리스 (chlorella vulgaris), 나노클로롭시스 종(Nannochloropsis sp.) 등을 사용할 수 있다. 상기 미세조류는 다양한 탄화수소류를 축적할 수 있는데 이들 탄화수소류들의 화학적 조성은 자동차 연료인 디젤유의 조성과 비슷하여, 수송연료로 사용할 석유자원을 대체하는 에너지원으로 이용할 수 있다.

상기 미세조류는 바이오오일의 추출을 위해 배양한 후 배양된 미세조류를 필터링, 원심분리, 침전 등의 방법을 통해 수확하여 물로 세척하여 사용할 수 있다.

상기 미세조류는 건조되거나 또는 비건조된 것을 사용할 수 있으나, 건조과정을 거치는 경우 바이오디젤의 제조단가가 높아질 수 있어 비건조된 상태의 미세조류를 이용하는 것이 경제성을 높이는데 있어 바람직하다.

또한 본 발명의 추출용매는 바이오디젤만을 이용할 수도 있고, 다른 용매와 섞어서 사용하는 경우에는 10% 이상을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 공용매로서 메탄올, 에탄올, 헥산, 디에틸에테르 또는 클로로포름 중에서 선택되는 어느 하나의 공용매를 바이오디젤과 같이 추출용매로서 사용할 수도 있다. 상기 공용매를 같이 사용하는 경우에는 바이오디젤과 공용매의 비율은 부피비로서 10:1 내지 1:5의 비율을 갖는 것이 바람직하다.

또한 상기 바이오디젤은 지방산 에스테르 구조를 갖는 것이면 그 종류에 상관없이 사용가능하나, 바람직하게는 지방산 메틸에스테르의 구조를 갖는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 미세조류, 유채, 옥수수, 팜유, 사탕수수, 사탕무 등으로부터 유래된 지방산 메틸에스테르(FAME)를 사용할 수 있다.

본 발명에서 비건조 미세조류를 사용하여 추출용매와 혼합하는 경우, 추출용매에 1 - 90%의 물이 혼합될 수 있다.

또한 미세조류의 함량은 미세조류를 포함한 총용액을 기준으로 5 - 90 wt%가 되도록 추출용매 또는 물의 양을 조절하여 혼합 할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 미세조류를 팽윤시키는 단계이전에 미세조류의 전처리 단계로서 분쇄, 초음파 처리, 전기처리, 마이크로파처리, 열수 처리, 효소 처리 중에서 선택된 어느 하나 이상의 처리를 통하여 세포막을 연화시킬 수 있다.

미세조류의 유연성 및 강도가 높은 세포막을 연화시키게 되면 추출용액에 의해 미세조류의 유지성분이 쉽게 빠져나오게 할 수 있어 추출효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

본 발명에서 미세조류에 바이오디젤을 포함하는 용매를 첨가하여 미세조류내 포함된 기름방울을 팽윤시키게 되면, 상기 기름방울들은 첨가된 용매에 의해 팽윤되어 크게 됨으로써 이후 기계적 압착, 원심분리 추출 등의 바이오오일 추출공정에서 미세조류로부터 용이하게 추출될 수 있는 장점이 있고, 이는 본 발명의 기술적 특징에 해당된다.

상기 미세조류의 팽윤단계는 25 - 100 ℃ 온도범위내에서 1시간 - 3일 동안 충분히 교반하여 수행될 수 있다. 교반 후 상기 추출용매의 잔액과 팽윤된 미세조류는 분리하여 추출용매는 재순환 사용한다.

상기 미세조류의 팽윤단계에 의해 미세조류는 세포내에 바이오오일과 함께 바이오디젤을 포함하게 된다.

본 발명은 상기 미세조류내 포함된 기름방울(Oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계와 미세조류로부터 바이오오일을 추출하는 단계사이에, 상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류와 바이오디젤을 포함하는 용매 잔액을 분리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류와 바이오디젤을 포함하는 용매의 혼합액은 바이오디젤을 포함하는 용매를 분리하여 제거한 후에 미세조류로부터 바이오오일을 추출할 수도 있고, 이를 분리하지 않은 채 용매와 미세조류의 혼합액으로부터 직접 바이오오일을 추출하는 단계를 진행할 수도 있다.

상기 용매의 분리단계를 이용하는 경우 팽윤된 미세조류와 추출용매 잔액을 분리하는 단계는 필터처리. 원심분리 또는 진공여과를 통해 분리할 수 있으며, 바람직하게는 필터처리가 사용될 수 있다. 상기 분리과정을 통해, 세포내로 유입되지 않은 바이오디젤 잔액이 미세조류로부터 회수되어 팽윤과정에서 재사용될 수 있다.

상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류로부터 바이오오일을 추출하는 단계는 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류에 압착, 진공 여과, 원심분리 여과, 열수처리, 용매추출, 마이크로파 이용, 효소처리, 초임계 이산화탄소 추출로부터 선택되는 하나 이상의 방법을 사용하여 추출하는 방법을 포함할 수 있다.

상기 압착법은 미세조류를 압착하여 오일을 짜내는 방법이고, 진공여과(membrane filter)는 감압을 통해 미세조류를 멤브레인 필터로부터 오일을 짜내 여과하여 분리하는 방법이며, 원심분리여과(centrifugal membrane filter)는 미세조류를 고속으로 원심분리함으로써 압력을 가하여 멤브레인 필터를 통해 오일성분이 빠져나감으로써 오일을 분리하는 방법이며, 상기 용매추출법은 미세조류의 바이오오일을 잘 용해할 수 있는 추출 용매를 사용하여 미세조류로부터 오일을 용매상으로 분리하는 방법이며, 상기 마이크로파 이용법은 마이크로파가 미세조류의 세포벽을 파괴함으로써 세포 내용물을 밖으로 배출시켜, 이중에서 오일 성분을 분리하는 방법이고, 상기 열수처리법은 미세조류가 분사되어 있는 수용액의 온도를 물의 끓는점 이상으로 올려 고온, 고압 상태가 되어 세포벽이 깨지고 세포 내용물이 밖으로 나오게 함으로써 오일 성분을 분리하는 방법이고, 상기 효소처리법은 효소를 사용하여 미세조류의 세포벽을 분해함으로써 오일을 얻는 방법이고, 초임계 이산화탄소 추출은 추출용매로서 초임계이산화탄소를 사용하여 바이오오일을 얻는 방법이다.

상기 바이오오일을 추출방법 중에서 바람직하게는, 압착, 진공여과, 원심분리 여과 등과 같이 기계적인 압력에 가하여 추출하는 방법이 바람직하다.

또한 본 발명은 상기 추출단계에서 필요한 경우 압력 및 열을 가하여 미세조류내 바이오오일 성분을 추출하는 속도를 증진시키거나 또는 추출효율을 향상시킬 수 있다.

상기 추출된 바이오오일은 트리아실글리세롤, 디아실글리세롤, 장쇄 지방산(C14-C24) 등을 포함하는 지질성분으로 이루어지며, 이들은 연료로서 직접 사용할 수 없다. 따라서 산 또는 염기성 조건하에서 메탄올, 에탄올 등의 알코올과 촉매를 첨가함으로써 전이 에스테르 교환반응을 통해 에스테르화함으로써, 바이오디젤로 변환과정이 필요하다.

보다 구체적으로는 산성조건하에서는 산촉매로서 염산, 황산, 인산 등의 무기산을 이용할 수 있으며, 염기성 조건하에서는 수산화 나트륨, 수산화칼륨 등의 알칼리 금속 수산화물의 존재 하에서 전이에스테르화(transesterification)를 유도하여 바이오디젤 (fatty acid methyl ester, FAME)로 전환시켜 이를 세척 및 분리한다.

본 발명에서는 상기 최종 생산된 바이오디젤의 일부를 상기 추출용매로 재사용할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 바이오오일을 전이에스테르화 시키는 단계이전에 바이오디젤 전환반응인 전이 에스테르화 반응을 저해하지 않도록 추출된 오일에 포함된 엽록소를 흡착제와 접촉시켜 미리 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 엽록소는 용매를 사용하여 바이오오일을 추출하는 경우에 바이오오일에 포함될 수 있으며, 이를 포함하는 바이오오일은 에스테르화 반응의 효율을 낮출 수 있어 제거하는 것이 바람직하다. 상기 제거에 사용되는 흡착제는 활성탄, 활성백토, 카올리나이트, 제올라이트, 벤토나이트중 적어도 하나를 선택할 수 있다.

또한 본 발명은 최종적으로 얻어진 정제된 바이오디젤의 일부를 상기 미세조류내 포함된 기름방울을 팽윤시키는 단계에서 사용되는 용매로서 재투입하는 방법을 포함하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 연속공정을 제공할 수 있다.

이를 도1을 통해 구체적으로 살펴보면, 미세조류에 바이오디젤을 포함하는 용매를 첨가하여 미세조류내 포함된 기름방울(Oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계; 상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류로부터 압착, 진공 여과, 원심분리 여과, 열수처리, 용매추출, 마이크로파 이용, 효소처리, 초임계 이산화탄소 추출로부터 선택되는 하나 이상의 방법을 사용하여 바이오오일을 추출하는 단계; 상기 추출된 바이오오일을 전이에스테르화 시키는 단계; 및 상기 전이에스테르화된 바이오디젤을 정제하는 단계는 앞서 상세히 기술한 바와 동일하거나 유사한 공정을 거칠 수 있다.

이후에 미세조류로부터 바이오디젤을 연속공정으로 제조하기 위해, 최종적으로 얻어지는 정제된 바이오디젤의 일부를 상기 미세조류내 포함된 기름방울(Oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계에서 사용되는 용매로서 제공할 수 있다. 상기 용매로서 재사용되는 바이오디젤의 함량은 바이오디젤의 원료로서 제공되는 미세조류의 양과 미세조류내 기름방울을 팽윤시킴에 의해 소비되는 바이오디젤의 함량 등에 따라 달라질 수 있다.

또한 본 발명은 상기 연속공정에서 사용되는 미세조류내 바이오오일의 추출용매로서 바이오디젤에 메탄올, 에탄올, 헥산, 디에틸에테르 또는 클로로포름 중에서 선택된 어느 하나를 공용매로서 혼합하여 사용할 수 있다.

이 경우 추출용매로서 사용되는 바이오디젤과 공용매는 부피비로서 10:1 내지 1:5의 비율을 가질 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명 과정의 세부사항을 설명하고자 한다. 이는 본 발명에 관련한 대표적 예시로서, 이것만으로 본 발명의 적용 범위를 결코 제한할 수 없음을 밝히는 바이다.

실시예

본 발명에서 사용되는 시약들과 미세조류들은 상업적으로 입수가능하거나 또는 실험실에서 직접 제조할 수 있는 종류에 해당하며, 당업자가 용이하게 입수할 수 있는 정도에 해당한다.

[실시예 1] 바이오디젤을 추출용매로 이용한 비건조 미세조류의 팽윤

본 실험에 사용된 미세조류는 클로렐라 불가리스로서 BG11 배지에서 2주 동안 배양하고 원심분리를 통해 수확 및 세척을 하였다. 수확된 클로렐라 불가리스를 물에 재분산시킨다.

이후 바이오디젤 함량을 기준으로 0.9μg/mL의 Nile red를 포함하는 바이오디젤이 물에 10% 포함되도록 첨가한 후 상온에서 1시간 동안 교반하여 미세조류를 팽윤시켰다.

팽윤처리하지 않은 클로렐라 불가리스에 앞서와 같은 방법으로 0.9μg/mL의 Nile red를 포함하는 메탄올을 10% 포함되도록 물에 첨가하여 클로렐라 불가리스 내의 유지성분을 염색하였다.

도2에서 나타난 것과 같이 바이오디젤을 처리하지 않고 메탄올을 사용한 경우(2(a))와 비교하여 바이오디젤을 사용한 경우(2(b))에서는, 바이오디젤이 세포내로 들어가면서 Nile red를 유입시키는 것을 알 수 있고 팽윤된 미세조류가 팽윤되지 않은 것보다 높은 형광세기를 보여주고 있다.

[실시예 2] 바이오디젤을 추출용매로 이용한 건조 미세조류의 팽윤 및 추출

건조된 클라미도모나스 레인하드티(Chlamydomonas reinhardtii)에 0.5g/mL가 되도록 바이오디젤:메탄올=4:1의 혼합용매를 첨가한 후 50ㅀC에서 12시간 동안 교반하여 팽윤시킨다.

원심분리를 통해 팽윤된 미세조류와 상기 혼합용매 잔액을 분리한 후 팽윤된 미세조류에 메탄올을 첨가하고 원심분리하여 바이오오일 성분을 추출한다.

추출된 바이오오일성분에 메탄올과 황산을 첨가한 후 교반시키고 100ㅀC 에서 30분간 전이에스테르화 반응을시킨 후 냉각하여 증류수를 첨가하여 상분리를 유도한다. 원심분리를 이용해 세척한 후 바이오디젤 층을 회수한다.

비교를 위해 클라미도모나스 레인하드티(Chlamydomonas reinhardtii)에 클로로포름과 메탄올 (2:1) 혼합용매를 사용하여 추출을 한 후 상기 전이에스테르화 반응을 진행한다.

도 3에서 나타난 것과 같이 클로로포름/메탄올 추출을 통해 클라미도모나스 레인하드티로부터 제조된 바이오오일의 주성분은 C16:0인 것으로 나타났다.

반면 팽윤에 사용된 추출용 바이오디젤의 주성분은 C18:1로 나타났다. 팽윤된 미세조류로부터 추출된 바이오디젤의 경우 C16:0의 양이 증가하였고 이를 통하여 미세조류내 바이오오일성분이 효율적으로 추출된 것을 알 수 있다. 반면 팽윤에 사용된 후 미세조류로부터 분리된 용매자체에는 소량의 C16:0이 추출되어 나온 것을 볼 수 있다.

Claims

미세조류에 바이오디젤을 포함하는 용매를 첨가하여 미세조류내 포함된 기름방울(Oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계;
상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류로부터 바이오오일을 추출하는 단계;
상기 추출된 바이오오일을 전이에스테르화 시키는 단계;
전이에스테르화된 바이오디젤을 정제하는 단계;를 포함하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법
제1항에 있어서,
상기 바이오디젤을 포함하는 용매는 바이오디젤과 함께, 메탄올, 에탄올, 헥산, 디에틸에테르 또는 클로로포름 중에서 선택된 어느 하나를 공용매로서 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법
제2항에 있어서,
상기 용매내 바이오디젤과 공용매의 비율은 부피비로서 10:1 내지 1:5의 비율인 것을 특징으로 하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법
제1항에 있어서,
상기 바이오디젤을 포함하는 용매는 바이오디젤만으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법
제1항에 있어서,
상기 미세조류내 포함된 기름방울(Oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계와 미세조류로부터 바이오오일을 추출하는 단계사이에, 상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류와 바이오디젤을 포함하는 용매 잔액을 분리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법
제5항에 있어서,
상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류와 바이오디젤을 포함하는 용매 잔액을 분리하는 단계는 원심분리 또는 진공여과, 또는 필터처리를 통해 분리하는 것을 특징으로 하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법
제1항에 있어서,
상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류로부터 바이오오일을 추출하는 단계는 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류에 압착, 진공 여과, 원심분리 여과, 열수처리, 용매추출, 마이크로파 이용, 효소처리, 초임계 이산화탄소 추출로부터 선택되는 하나 이상의 방법을 사용하여 추출하는 것을 특징으로 하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법
제7항에 있어서,
상기 바이오오일을 추출하는 단계는 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류에 압착, 진공 여과, 원심분리 여과로부터 선택되는 하나 이상의 방법을 사용하여 추출하는 것을 특징으로 하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법
제1항에 있어서,
상기 바이오오일을 전이에스테르화 시키는 단계이전에 바이오디젤 전환반응인 전이 에스테르화 반응을 저해하지 않도록 추출된 오일에 포함된 엽록소를 흡착제와 접촉시켜 미리 제거하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법
제1항에 있어서,
상기 미세조류를 팽윤시키는 단계이전에 미세조류의 전처리 단계로서 분쇄, 초음파 처리, 전기처리, 마이크로파처리, 열수처리, 효소처리 중에서 선택된 어느 하나 이상의 처리를 통하여 세포막을 연화시키는 것을 특징으로 하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법
제1항에 있어서,
상기 미세조류는 건조되거나 또는 비건조된 것을 특징으로 하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법
제1항에 있어서,
최종 생산된 바이오디젤의 일부를 상기 팽윤단계의 용매로 투입하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법
제1항에 있어서,
상기 추출된 바이오오일을 전이에스테르화 시키는 단계는 메탄올을 포함하는 산성 조건 또는 메탄올을 포함하는 염기성조건하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법
미세조류에 바이오디젤을 포함하는 용매를 첨가하여 미세조류내 포함된 기름방울(Oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계; 및 상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류에 압착, 진공 여과, 원심분리 여과, 열수처리, 용매추출, 마이크로파 이용, 효소처리, 초임계 이산화탄소 추출로부터 선택되는 하나 이상의 방법을 사용하여 바이오오일을 추출하는 것을 특징으로 하는, 미세조류로부터 바이오오일을 추출하는 방법
미세조류에 바이오디젤을 포함하는 용매를 첨가하여 미세조류내 포함된 기름방울(Oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계;
상기 팽윤된 기름방울을 포함하는 미세조류로부터 바이오오일을 추출하는 단계;
상기 추출된 바이오오일을 전이에스테르화 시키는 단계;
전이에스테르화된 바이오디젤을 정제하는 단계;
상기 정제된 바이오디젤의 일부를 상기 미세조류내 포함된 기름방울(Oil drop)을 팽윤(swelling)시키는 단계에서 사용되는 용매로서 재투입하는 단계;를 포함하여 이루어지는, 연속공정을 통해 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법
제15항에 있어서,
상기 바이오디젤을 포함하는 용매는 메탄올, 에탄올, 헥산, 디에틸에테르 및 클로로포름중에서 선택된 어느 하나의 공용매와 바이오디젤의 혼합액으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 연속공정을 통해 미세조류로부터 바이오디젤을 제조하는 방법