KR20150139873A - 광합성 미생물의 대량 생산을 위한 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 조류 생산 반응기 시스템은, 하나 이상의 액체 입구와 하나 이상의 액체 출구; 상기 하부에 있으며 이산화탄소원과 연결되는 하나 이상의 가스 입구와 상기 용기의 상부에 있는 하나 이상의 가스 출구; 상기 반응기의 액체 내에 적어도 부분적으로 침지되는 이중 유리 플레이트의 수직방향으로 인터스페이스되고 결합된 쌍으로서, 상기 이중 유리 플레이트는 그 사이에 광 산란층을 갖고 광원에 노출되는 평탄형 측부를 갖는, 상기 이중 유리 플레이트; 및 반응기 액체를 수직방향으로 순환시키기 위한 수단을 구비하는 반응기 용기를 포함한다.

Description

광합성 미생물의 대량 생산을 위한 반응기{REACTOR FOR BULK PRODUCTION OF PHOTOSYNTHETIC MICROORGANISMS}
본 발명은 조류의 생산, 특히 미러 시스템에 의해 반응기 내에 태양광이 공급될 수 있는 봉입형 반응기 내에서의 조류의 성장에 관한 것이다. 본 발명은 이러한 조류 생산 반응기 시스템(algal production reator system)을 위한 반응기 용기(reactor vessel) 및 광 도입 수단(light-introducing means)을 제공한다.
조류는 성장을 위해 광 및 이산화탄소를 이용하고, 이러한 공정은 산소를 발생시킨다. 통상적으로 조류는 개방 폰드(open ponds), 투명한 배관 시스템(transparent piping systems), 침지된 플라스틱 백(submerged plastic bags) 등 내에서 생산된다.
이러한 시스템의 단점은 혼합하고, 탄소 공급원을 공급하고, 발생된 산소를 제거하기 위해 필요한 에너지량이다. 또한, 물 증발량, 낮시간에서의 물의 가열 및 밤에서의 냉각이 문제이다. 이는 조류를 성장시키기 위한 실용적인 광원이 태양광만이기 때문이며, 이는 원칙적으로 자유롭게 이용가능하지만, 최적의 성장을 위해, 조류는 광의 많은 유입량을 필요로 한다. 그러나, 높은 태양광 투입이 유용한 장소는 지구의 건조대에 위치됨으로써 거의 본질적으로 방해받으며, 여기서 조류 생산을 위해 필요한 물은 매우 부족하다.
이러한 단점은 반응기 시스템 내의 조류 농도를 제한하고, 이에 따라 조류 생산의 소정량을 위해 필요한 반응기 공간량을 증대시킨다. 이에 따라, 개선된 광 공급으로 광합성 미생물을 성장시키기 위한 더욱 효과적이고 업스케일 가능한 반응기 용기에 대한 필요성이 있다.
JP-A 2000-300244호는 아크릴로 제조되어 반응기 내에 수직방향으로 배치된 광 투과성 플레이트를 갖는 광합성 배양 장치를 개시하며, (태양)광은 반응기의 상부에 도입된다. 플레이트들 사이의 10-70 mm의 거리는 업-플로우 구성으로 배양 매체를 함유하는 반응기 공간을 제공한다. 플레이트들 사이의 공간의 상단부는 커버("제1 발명") 또는 증가된 조사면을 위한 아크릴 플레이트의 삼각형 연장부("제2 발명")로 폐쇄된다. 광 투과성 플레이트는 단일 방향 스트리핑(unidirectional striping)에 의해 제공된 광 산란면을 가질 수 있고, 플레이트 쌍은 JP-A H08-262232호에 기재된 바와 같이 광 산란면이 상기 쌍의 내측부에 있는 방식으로 형성될 수 있다.
JP-A 2000-300244호 및 JP-A H08-262232호에 기재된 타입의 반응기는 최적의 조사 효율 및 조류 생산율을 제공하지 못한다. 더욱이, 이러한 종래기술에 따라 이용되는 플레이트의 구성 특성은 이격된 장소에서 사용하며 최소한의 유지보수 작업을 필요로 하기 위해 견고하고 대형의 광합성 반응기에 대한 마련을 허용하지 않는다.
본 발명에 의하면, 측방향 조사를 이용하여 에어리프트-루프 타입(airlift-loop type)의 반응기에 의해 그리고 장방형 이중 유리 플레이트들 사이에 그리고 상기 이중 유리 플레이트의 긴 (수직방향) 측부를 따라 배치된 유리 스트립에 의해 제공되는 거리로 평행하게 장착된 장방향 이중 유리 플레이트의 유닛 쌍을 제공함으로써 개선된 광합성이 제공될 수 있음을 알았다. 아크릴 타입의 플레이트보다 유리 플레이트를 이용하면 미생물에 의한 부착물을 감소시킨다. 이중 유리 플레이트의 내부에 광 산란층을 제공함으로써 또 다른 개선이 성취되며, 상기 광 산란층은 불균일성 또는 입자의 비-단일방향 층을 포함한다.
이에 따라, 본 발명은, 예컨대 가스 혼합 흐름의 공급을 전환함으로써 교호할 수 있는 상측방향 흐름 및 하측방향 흐름 채널을 갖는 조류 성장용 대형 반응기를 제공한다. 가스는 상측방향 및 하측방향 흐름 순환을 유도할 수 있다. 이러한 타입의 에어리프트 루프 반응기는, 예컨대 폐수 처리에서 알려져 있다. 수직방향 유리 플레이트는 상측방향 흐름 및 하측방향 흐름으로 배치된다. 이러한 유리 플레이트의 전방부는 그 긴 (수직방향) 측부를 따라 이중 유리 플레이트의 쌍을 결합하는 유리 스트립과 함께, (태양) 광원 내에서 반응기 벽 외부로 나오고 있다. 이러한 유리 플레이트는 반응기 내에서의 조류 성장을 위해 필요한 반응기 내로 광을 전달하는데 이용된다.
따라서, 본 발명은 광합성 미생물의 생산을 위한 반응기 용기에 관한 것이다. 이와 같은 반응기는 그 유사어로서 "광합성 반응기(photosynthetic reator)" 또는 "광생물 반응기(photobioreactor)"로도 지칭된다. 반응기 용기는, 하나 이상의 액체 입구와 하나 이상의 액체 출구; 상기 용기의 하부에 있는 하나 이상의 가스 입구와, 상기 용기의 상부에 있는 하나 이상의 가스 출구; 및 상기 반응기의 액체 내에 적어도 부분적으로 침지되는 수직방향으로 인터스페이스된 장방형 이중 유리 플레이트(vertically interspaced rectangular double glass plates)를 구비한다. 상기 이중 유리 플레이트는 그 사이에 광 산란층을 갖고, 상기 이중 유리 플레이트의 두께에 대응하는 평탄한 측부를 가지며, 상기 평탄한 측부는 외부의 광원에 노출된다. 작동시에, 평탄한 측부는 적절하게 수직방향이다. 상기 반응기 용기는 반응기 액체를 수직방향으로 순환하기 위한 수단을 더 구비한다. 또한, 작동을 위한 준비로서의 반응기는 광합성에 의해 조류를 생산하기 위한 또 다른 수단 및 재료, 즉 생산되는 조류의 적절한 예방접종, 이산화탄소의 공급원 등을 포함한다.
쌍으로 배치된 이중 유리 플레이트는 본 발명의 반응기 용기 및 본 발명 자체의 중요한 요소를 구성한다. 유리의 굴절률은 물의 굴절률보다 높아서, 유리 플레이트가 데이터 운반을 위해 이용되는 유리 섬유와 같이 기능하게 한다. 광 산란 입자의 층은 반응기 액체 내에 유리 플레이트의 침지된 영역 위로 고르게 광이 유출되는 것을 보장한다. 이를 위해, 유리 플레이트는 2개의 층("이중 유리 플레이트"로 부름)들 사이에 코팅을 가지며, 이는 작은 (i) 무기성(예컨대, 금속 산화물) 또는 (ii) 유기성 입자 또는 (iii) 광을 산란시키는 불균일성 또는 (iv) 수평에 광이 도입될 수 있는 방식으로 광을 반사시키는 더욱 큰 미러 패싯(mirror facets)을 위한 매트릭스를 구성한다.
(단일의) 유리 플레이트는 수 mm, 예컨대 5 mm 내지 최대 약 50 mm 이상으로 변하는 두께를 가질 수 있다. 유리하게, 유리 플레이트의 두께는 10 내지 30 mm, 가장 바람직하게 12 내지 20 mm이다. 이에 따라, 이중 유리 플레이트는 바람직하게 20 내지 60 mm, 가장 바람직하게 24 내지 40 mm의 두께를 가진다. 마찬가지로, 이중 유리 플레이트의 평탄한 측부는 바람직하게 20-60 또는 24-40 mm의 폭을 갖는다. 유리는 바람직하게 소위 "울트라-클리어(ultra-clear)" 타입을 갖는데, 즉 이는 높은 선명도를 가지며, 철분이 낮은, 특히 (Fe2O3와 같이) 0.04 wt% 이하이다. 또한, 이러한 유리는 저철분 유리 또는 고 투과율 유리로 불린다.
광 산란 입자층은 코팅층일 수 있으며, 이는 유리와 (거의) 동일한 굴절률을 갖는 재료 내에 산란 입자가 혼합됨으로써, 굴절률의 차이에 의해 야기되는 미러 효과 없이 유리로부터 코팅으로 광이 통과할 수 있다. 예를 들면, 실리카와 같은 세라믹 코팅일 수 있다. 코팅층에서, 산란(예컨대, 결정자, 기포 등)을 야기하는 불균일성이 혼합될 수 있다. 불균일성은 매트릭스 내의 불연속성을 구성하는 바디 또는 공극이 되도록 이해되며, 즉 예컨대 그 굴절률에 의해 둘러싸는 코팅과 적어도 전자기식으로 구별될 수 있다. 바람직하게, 불균일성은 실질적으로 구형이다.
2가지 타입의 산란이 이용되는데, (1) 미 산란(Mie scattering): 가시광선의 파장보다 대략 동일하거나 또는 약간 큰 (평균) 사이즈, 바람직하게 200-1200 nm의 범위, 더욱 바람직하게 300 내지 1000 nm의 범위, 가장 바람직하게 적어도 400 nm 내지 예컨대 최대 800 nm를 갖는 불균일성 또는 입자; (2) 지오메트릭 산란(geometric scattering): 광의 파장보다 훨씬 큰 입자, 바람직하게 5 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위의 입자, 예컨대 크롬 결정체.
미 산란기(Mie scatterers)(불균일성)는, 예컨대 티타늄, 아연, 실리콘 또는 알루미늄의 금속 산화물, 혹은 예컨대 마그네슘 또는 알루미늄의 규산염일 수 있다. 변형적으로, 미 산란기는 유기성 입자, 예컨대 폴리머(라텍스) 입자일 수 있거나, 또는 동일한 사이즈의 (구멍, 기포)일 수 있다. 금속 산화물, 특히 이산화 티탄의 입자는 특히 바람직하게, 예컨대 0.3 내지 1 ㎛이다.
지오메트릭 산란기(geometric scatterers)는 패싯형(미러링) 입자, 즉 예컨대 크롬 결정체 또는 단결정 마이크로 다이아몬드(6-20 ㎛)에서 광반사 패싯을 갖는 입자이다. 이는 바람직하게 5-500 ㎛, 더욱 바람직하게 10-200 ㎛, 특히 20-200 ㎛의 범위에 있는 사이즈를 갖는다.
광 산란 불균일성 또는 입자를 함유하는 내부 코팅의 두께는 산란의 타입에 따라 다르다. 미 산란(Mie scattering)을 위해, 이는 바람직하게 5 내지 500 ㎛, 특히 10 내지 200 ㎛의 범위에 있고, 지오메트릭 산란(geometric scattering)을 위해, 바람직하게 100 내지 1000 ㎛의 범위에 있다. 유리하게, 입자는 내부 코팅에 동질로 분포된다. 그 밀도는, 예컨대 코팅(매트릭스)의 1 내지 500 mg/dm2일 수 있다.
이중 유리 플레이트의 쌍들 사이의 거리, 즉 유효 반응기 공간은, 예컨대 10 mm, 최대 20 cm 이상일 수 있다. 최적의 광 조사를 위해, 그 거리는 이중 플레이트의 대략 두께와 상기 두께의 대략 2배 사이, 즉 20 내지 120 mm, 가장 바람직하게 24 내지 80 mm인 것이 바람직하다. 반응기의 폭에 대한 이중 유리 플레이트의 개수는 변경될 수 있다. 바람직하게, 반응기 용기 또는 반응기 유닛은 반응기 폭의 m당 4 내지 25, 더욱 바람직하게 6 내지 20의 이중 유리 플레이트를 포함하며, 상기 유리 플레이트는 실질적으로 평행하게 장착된다.
본 발명에 의하면, 이중 유리 플레이트는 쌍으로 배치되는 것이 유리하며, 유리 스트립은 후술하는 바와 같이 그리고 도 3에 도시한 바와 같이 플레이트의 긴 수직방향 측부를 따라 쌍과 결합한다.
또한, 본 발명은 광합성 반응기에 이용될 수 있는 이중 유리 플레이트의 세트 및 어레이뿐만 아니라, 상술한 바와 같은 이중 유리 플레이트(내부 코팅을 갖는 유리 플레이트의 쌍)에 관한 것이다. 우선적으로, 이중 유리 플레이트는 실질적으로 장방형 표면을 갖는다. 유리 플레이트의 길이(또는 수직방향으로 배치된다면 높이)는, 예컨대 1 내지 4 m, 바람직하게 1.2 내지 2.4 m일 수 있다. 유리 플레이트의 폭은, 예컨대 0.5 내지 2.5 m, 바람직하게 0.8 내지 2 m일 수 있다. 파일롯-타입의 반응기를 위해 더욱 작은 표면이 적절할 수 있다. 유리 플레이트의 중량 및 취급이 특정한 치수를 요구할 수 있더라도, 더욱 큰 표면이 마찬가지로 실현가능할 수 있다. 이중 유리 플레이트의 두께는 상술한 바와 같이, 즉 20 내지 60 mm, 더욱 바람직하게 24 내지 40 mm일 수 있다. 이중 유리 플레이트 사이에는 상술한 바와 같이 광 산란 입자층을 갖는다.
유리하게, 2개 이상, 특히 2개의 이중 유리 플레이트는 10 내지 200 mm, 바람직하게 20 내지 150 mm, 또는 더욱 바람직하게 24 내지 80 mm 혹은 30 내지 60 mm의 2개의 플레이트들 사이에 최적의 반응기 공간을 허용하는 거리로 평행하게 함께 장착된다. 그 거리는 유리 스트립을 그 사이에 배치하고 그리고 장방향 이중 유리 플레이트의 길이를 따라 고정될 수 있다. 이에 따라, 스트립은 이중 유리 플레이트와 본질적으로 동일한 길이, 예컨대 1 내지 4 m를 갖는다. 또한, 상기 스트립은 동일한 폭, 예컨대 20 내지 60 mm를 가질 수 있다. 변형적으로, 상기 스트립은 이중 유리 플레이트의 두께의 예컨대 1-10배, 특히 2-4배의 폭, 또는 변형적으로 바람직하게 (각각의 스트립을 위한) 유리 플레이트의 너비(폭)의 0.01 내지 0.2배, 바람직하게 0.05-0.12배의 폭을 가질 수 있다. 이에 따라, 선호되는 스트립 폭은, 예컨대 2 내지 20 cm, 바람직하게 2 내지 15 cm 또는 2 내지 12 cm 혹은 특히 2.4 내지 8 cm이다. 우선적으로, 스트립은 유리 플레이트 조립체와 동일한 사이즈의 조류 반응기 매체를 위한 채널을 형성하므로, 조류 매체의 광 노출은 유리 조립체에서와 같이 유리 조립체들 사이에서 동일하다.
유리 스트립은 바람직하게 유리 플레이트와 동일한 유리 타입이며, 폴리메타크릴레이트 실런트와 같은 적절한 실런트를 이용하여 유리 플레이트에 고정된다. 2개 (이상의) 장착된 이중 유리 플레이트의 세트는 유리 플레이트의 더욱 높은 강도와, 이에 따른 더욱 편리한 취급을 제공한다. 이에 따라, 반응기 용기 또는 반응기 유닛은 유리하게 반응기 폭의 m당 이중 유리 플레이트의 고정된 세트의 2 내지 12개, 더욱 바람직하게 4 내지 10개를 수용할 수 있으며, 상기 세트는 실질적으로 평행하게 장착된다.
반응기 용기 내에 유리 플레이트의 배치 및 교체를 용이하게 하기 위해, 유리 플레이트 세트는 유리하게 이중 유리 플레이트 또는 상술한 이중 유리 플레이트의 세트의 어레이에 조합될 수 있다. 이에 따라, 예컨대 4 내지 40개, 특히 10 내지 24개의 등거리 이중 유리 플레이트, 또는 2 내지 20개, 특히 5 내지 12개의 이중 유리 플레이트의 등거리 세트는 유리가 스틸 구성과 접촉하지 않는 방식으로 적절하고 바람직하게 가요성 및/또는 압축가능한 재료, 예컨대 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 열가소성 폴리머로 덮인 스틸 랙 내에 함께 장착될 수 있다. 유리 플레이트 조립체는 적절한 지지 및 안내 스트립을 구비하여, 상기 어레이가 반응기 용기 내에 장착되어 수평방향 및/또는 수직방향 적층체로서 조합되게 한다. 유리 플레이트의 어레이의 유용한 적층체는, 예컨대 수직방향으로 적층된 3-6개의 랙과, 수평방향으로 적층된 2-5개의 랙일 수 있다.
반응기 치수는 충분한 성장 유효성이 수직방향 순환을 통해 성취될 수 있는 한편, 과도한 내부 압력을 회피하는 것이 바람직하다. 3 내지 12 m, 바람직하게 5 내지 10 m, 가장 바람직하게 7 내지 9 m의 반응기 액체 높이는 최적의 결과를 제공하는 것으로 알려져 있다. 유입되는 광의 방향으로의 반응기 폭(직경)은 통상적인 울트라-클리어 플로트 유리(ultra-clear float glass)의 투과성에 의해 제한되고, 일반적으로 2.5 m 이하, 바람직하게 2.0 m 이하이며, 적절한 반응기 폭은, 예컨대 1 내지 1.5 m이다. 소망한다면, 다수의 반응기 용기는 적층됨으로써, 생산 성능을 더욱 업스케일하여 절약한다. 반응기가 스틸, 특히 코팅 스틸 또는 스테인리스 스틸로 제조되는 것이 바람직하다.
유리한 실시예에서, 반응기 액체는 유리 플레이트의 광 방출면을 세정하기 위해 순환하는 반응기 액체와 함께 이동하는 발포 물체를 구비할 수 있다. 예로서, 업-플로우 부분 내의 반응기의 하부에 도입되어 반응기의 상부에 수집되는 멜라민 수지(예컨대, 10 mm 내지 30 mm의 사이즈)로 이루어진 스펀지 타입의 재료, 예컨대 스펀지가 있다. 반응기의 작동시에, 업-플로우 부분과 다운-플로우 부분은 규칙적으로 전환되어 양자의 부분이 세정되게 한다.
반응기 액체를 수직방향으로 순환시키는 수단은 유리 플레이트의 세트들 사이의 공간의 수직방향 아랫부분에 배치되는 가스 입구 수단에 의해 편리하게 제공된다. 특히, 유리 플레이트들 사이의 공간의 대략 반부는 가스 입구를 구비한 반응기 용기의 하부의 일부 위에 배치되므로, 반응기 액체의 상측방향 흐름 부분을 제공하고, 다른 반부는 가스 입구를 구비하지 않는 반응기 용기의 하부의 일부 위에 배치되므로, 반응기 액체의 하측방향 흐름 부분을 제공한다. 유리하게, 가스 입구는 이중 유리 플레이트들 사이의 공간의 반부 아래에 일렬로 제공된다. 업-플로우 및 다운-플로우 구획부는 교호적으로 배치될 수 있거나, 또는 다운-플로우 공간의 개수에 의해 따른 업-플로우 공간의 개수일 수 있다.
광원은 유리 플레이트의 평탄형 측부에 태양광을 반사시키는 태양 트랙킹 시스템 상에 장착된 미러를 포함한다. 이로써, 태양광은 낮 동안에 반응기의 가스 리프트 루프 채널 내에 고착하는 유리 플레이트의 노출부 상에 일정한 각도 하에서 반사된다.
태양광의 가열 효과를 감소시키기 위해, 광원은 400 내지 700 nm의 광 파장만을 실질적으로 전달한다. 이는 유리 플레이트에 도달하는 400 nm 이하, 700 nm 이상의 파장을 갖는 광의 광 강도(칸델라)가 400 내지 700 nm의 파장을 갖는 광의 광 강도의 50% 미만, 바람직하게 20% 미만임을 의미한다. 이를 위해, 미러는 400 내지 700 nm 범위 외의 광 파장이 코팅에 의해 흡수되어 반응기에 전달되지 않는 방식으로 코팅을 유리하게 구비할 수 있다. 당업자는 상업적으로 유용한 변형례로부터 적절한 UV 흡수기 및 IR 흡수기를 선택할 수 있을 것이다.
반응기 용기 내에 공급되는 가스는 조류의 성장 및 광합성에 요구되는 이산화탄소를 포함해야 한다. 가스 공급원은 CO2의 적어도 0.5vol%, 바람직하게 적어도 5%, 더욱 바람직하게 적어도 10%, 가장 바람직하게 CO2의 적어도 30vol%를 포함하며, 그 나머지는 임의의 가스, 특히 질소이다. 이산화탄소의 공급원은 연료 연소 퍼니스로부터 발생되는 연소 가스, 또는 액체 또는 고체 CO2 공급원 등일 수 있다. 당해 기술에 공지된 바와 같이 반응기에 인, 질소, 칼륨 및 미량 영양소와 같은 영양분이 첨가될 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같이 당해 기술에 공지된 에어리프트 루프 반응기로서 작동되는 반응기 용기 내에서 조류를 배향하는 단계를 포함하는 조류 오일과 같은 조류 제품을 생산하는 방법에 관한 것이다. 녹조류, 홍조류, 시아노박테리아 등을 포함하는 모든 광합성 미생물은 당해 기술에 공지된 바와 같은 공정 변수를 이용하여 본 발명의 반응기 용기 내에서 성장될 수 있다. 조류는 수확 및 격리될 수 있거나, 또는 조류 제품, 특히 에너지원 "바이오디젤" 또는 식품원(긴사슬 고도 불포화 지방산)으로서 이용되는 지방은 조류가 격리되지 않고서 수집될 수 있다. 본 발명의 방법에 의해 생산 및 격리될 수 있는 다른 통상적으로 공지된 조류 제품에는 조류 단백질 및 탄수화물, 카로테노이드 등이 있다.
도 1은 반응기의 주요부를 도시한 반응기의 수직방향 평면에서의 단면을 도시한 개략도이다.
도 2는 광 미러 시스템을 갖는 반응기의 수평방향 평면에서의 단면도이다.
도 3은 이중 유리 플레이트의 세트에 대한 상세도이다.
도 4는 수평방향 섹션으로서 이중 유리 플레이트의 어레이를 수용하는 랙을 도시한 도면이다.
도 5는 랙의 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시한 8개의 랙을 수용하는 적층된 반응기를 도시한 도면이다.
도 1은 반응기의 주요부를 도시한 반응기의 수직방향 평면에서의 단면을 도시한 개략도이다. 반응기 용기(1)는 조류를 성장시키는데 이용된다. 이는 가스 혼합 채널(6)의 피드(4, 5)를 전환함으로써 교호할 수 있는 업-플로우 채널(2)과 다운-플로우 채널(3)을 갖는다. 업-플로우 및 다운-플로우는 수직방향 플레이트(7)에 의해 분리되고, 상기 용기 내의 물 레벨은 참조부호 "8"로 지칭된다. 조류 성장에 적합한 반응기를 제조하기 위해, 수직방향 유리 플레이트(9)는 업-플로우 채널 및 다운-플로우 채널 내에 설치된다. 발포형 물체(10)는 유리 플레이트를 세정하기 위한 업-플로우 지대 내에서 상측방향으로 이동한다.
도 2는 광 미러 시스템을 갖는 반응기의 수평방향 평면에서의 단면도를 도시한다. 업-플로우 지대(2)와 다운-플로우 지대(3) 내의 유리 플레이트(9)의 수직방향 쌍이 도시된다. 이들 플레이트의 전방부(11)는 반응기 벽(12)으로부터 광원(13) 내로 돌출하고 있다. 이들 유리 플레이트(9)는 반응기(1) 내에서 조류(14)의 성장을 위해 필요한 반응기 내에 광을 전달하는데 이용된다. 유리 플레이트는 그 사이에 코팅(17)을 갖는 2개의 층(15, 16)으로 이루어지며, 광이 물에 도입될 수 있는 방식으로 광을 산란시키도록 미러 패싯으로서 기능하는 작은 금속부가 혼합된다.
미러(18) 세트는 반응기의 가스-리프트-루프 채널 내에 고착하는 유리 플레이트의 노출부 상에 일정한 각도 하에서 낮 동안에 태양광을 반사시키는 태양 트랙킹 시스템(19) 상에 장착된다. 태양광의 가열 효과를 감소시키기 위해, 미러(18)는 조류 성장에 필요한 400 내지 700 nm의 파장만이 반응기에 반사되는 방식으로 코팅(20)을 구비한다.
도 3은 이중 유리 플레이트의 세트에 대한 상세도를 도시한다. 유리 플레이트(21)의 세트는 2개의 이중 유리 플레이트(9)로 구성된다. 유리 플레이트 세트는 그 사이에서 입자를 산란시키는 층(17)을 갖는 4개의 유리 플레이트(15, 16 2개씩)를 수용한다. 2개의 유리 스트립(22, 23)은 내측 유리 플레이트들 사이에 배치되어 밀봉된다.
도 4는 수평방향 섹션으로서 이중 유리 플레이트의 어레이를 수용하는 랙을 도시한다. 이중 유리 플레이트(21)의 세트는, 유리 플레이트 세트들 사이에 이격 스트립(34)을 포함하는 전방벽 및 후방벽과, 측벽(33)을 갖는 랙 내에 장착된다.
도 5는 랙의 사시도를 도시한다. 랙(30)은 전방벽 및 후방벽으로서 유리 플레이트를 이격하기 위한 측벽(33) 및 스트립(34)을 포함한다. 랙은 유리 플레이트를 지지하기 위해 그리고 랙이 적층되게 하기 위해 상부(31)와 하부(32)를 갖는다. 랙을 반응기 용기 내외로 호이스팅하기 위한 탈착가능한 장치(35)가 랙의 상부에 장착된다.
도 6은 도 5에 도시한 8개의 랙(30)을 수용하는 적층된 반응기(40)를 도시한다. 적층된 반응기는 가스 공급부(43), 액체/제품 라인 및 액체/제품 출구(미도시)에 연결된 가스 파이프(42)에 의해 공급되는 에어리프트 루프(미도시)를 구동하는 가스 분배기를 수용하는 하부(41)와, 액체 입구(미도시)와 가스 출구(47)를 수용하는 상부(46)를 갖는다. 가스 공급부(43)와 가스 라인(42) 사이의 3방향 밸브(44)는 하나의 구획부로부터 다른 구획부로 가스 흐름을 변경하게 함으로써, 라이저 부분(riser part)을 다우너 부분(downer part)으로 그리고 그 반대로 변경한다. 캐리어 스트립(48)에 의해 지지되는 안내 스트립(45)은, 예컨대 유리보수 또는 교체의 경우에 적층된 반응기 조립체 내외로 랙(30)이 슬라이딩하게 한다.
모듈 내의 유리 플레이트는 적층된 반응기의 상부로부터 하부로 연속적인 수직방향 채널을 형성하는 방식으로 적층된다. 라이저 부분과 다우너 부분 사이의 분리 배플(7)은 유리 모듈의 높이를 넘어 러닝함으로써, 유리 모듈 위로의 공간이 개방된다. 그 결과, 반응기 내용물(물 및 조류 혼합물)은 상부에서 라이저로부터 다우너로 그리고 하부에서 다우너로부터 라이저로 순환함으로써 폐쇄 루프를 형성할 수 있다.
도 6이 단일의 랙의 2개 적층체를 도시하지만, 라이저로부터 기능하는 하나와 다우너 부분으로서 기능하는 하나, 3개 이상의 랙이 동등하게 실현가능하다. 예를 들면, 반응기 조립체는 3개의 스택, 즉 하나는 라이저로서, 하나는 다우너로서 그리고 유지보수 등을 위해 스위치 오프될 수 있는 제3의 것을 포함할 수 있으며, 이 경우 밸브(44)는 3개 이상의 적층체 중 어느 것으로 스위칭될 수 있는 다방향 밸브이다.
CO2는 순환 루프를 구동하며 반응기 내에 생성된 산소의 스트리핑을 보장하는 공기 또는 가스 혼합물 내에 분사될 수 있다. 반응기(미도시) 내에는 레벨 제어가 있고, 조류의 배양 및 증발로 인해 잃은 모든 물은 임의 지점(총 혼합된 시스템)에서 반응기 내에 펌핑된다. 보충수와 함께 반응기 내에 영양분이 공급된다.

Claims (15)

  1. - 하나 이상의 액체 입구와 하나 이상의 액체 출구;
    - 상기 용기의 하부에 있는 하나 이상의 가스 입구와, 상기 용기의 상부에 있는 하나 이상의 가스 출구; 및
    - 상기 반응기의 액체 내에 적어도 부분적으로 침지되는 수직방향으로 인터스페이스된 장방형 이중 유리 플레이트(vertically interspaced rectangular double glass plates)로서, 상기 이중 유리 플레이트는 그 사이에 광 산란층을 갖고 광원에 노출되는 평탄형 수직방향 측부를 갖는, 상기 이중 유리 플레이트
    를 구비하며,
    상기 이중 유리 플레이트의 쌍은 10 내지 200 mm의 거리로 평행하게 장착되며, 상기 거리는 상기 장방향 이중 유리 플레이트와 실질적으로 동일한 길이를 갖고 상기 이중 유리 플레이트의 긴 측부를 따라 배치되고,
    상기 이중 유리 플레이트들 사이의 공간의 일부는 상기 가스 입구 위에 수직방향으로 배치되어, 상기 이중 유리 플레이트들 사이의 반응기 액체의 수직방향 순환을 제공하는,
    반응기 용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 산란층은 0.2-1.2 ㎛, 바람직하게 0.4-0.8 ㎛ 범위의 사이즈를 갖는 불균일성 또는 입자를 포함하여, 미 산란기(Mie scatterers)로서 작용하는,
    반응기 용기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광 산란층은 5 내지 500 ㎛ 범위의 사이즈를 갖는 패싯형 입자(facetted particles)를 포함하여, 지오메트릭 산란기(geometric scatterers)로서 작용하는,
    반응기 용기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 산란층은 상기 광 산란 입자를 함유하는 세라믹 매트릭스, 바람직하게 실리카를 포함하는,
    반응기 용기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 플레이트는 10 내지 30 mm의 두께를 갖고, 상기 광 산란층은 10 내지 1000 mm의 두께를 갖는,
    반응기 용기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 플레이트의 쌍은 20 내지 120 mm, 바람직하게 24 내지 80 mm의 거리로 수직방향으로 인터스페이스되는,
    반응기 용기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 입구는 이산화탄소 공급원과 연결되는,
    반응기 용기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 유리 플레이트의 상기 평탄형 측부에 태양광을 반사하는 태양 트랙킹 시스템 상에 장착된 미러를 포함하며, 상기 미러는 400 내지 700 nm의 광 파장만을 반사하는 코팅을 구비하는,
    반응기 용기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기의 치수는 5 내지 10 m의 반응기 액체 높이를 허용하는,
    반응기 용기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 플레이트의 광 방출 영역을 세정하기 위해, 순환하는 반응기 액체와 함께 발포체 물체가 이동하는,
    반응기 용기.
  11. 2개 이상의 이중 유리 플레이트의 세트에 있어서,
    상기 이중 유리 플레이트는 1 내지 4 m 길이, 0.5 내지 2.5 m의 폭, 및 20 내지 60 mm의 두께의 실질적으로 장방형 표면을 갖고, 그 사이에 광 산란 불균일성 또는 입자의 층을 가져서 20 내지 200 mm의 거리에 평행하게 장착되고, 상기 거리는 장방형 이중 유리 플레이트와 실질적으로 동일한 길이를 갖고 상기 이중 유리 플레이트의 긴 측부를 따라 배치되는,
    이중 유리 플레이트 세트.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광 산란 불균일성 또는 입자는 0.2-1.2 ㎛ 범위의 평균 사이즈를 갖는,
    이중 유리 플레이트 세트.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 광 산란 입자는 10 ㎛ 내지 500 ㎛ 범위의 평균 사이즈를 갖는 패싯형 입자여서, 지오메트릭 산란기(geometric scatterers)로서 작용하는,
    이중 유리 플레이트 세트.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 어레이가 반응기 용기 내에 적층되게 하는 수단을 갖는 랙 내에 장착되는,
    이중 유리 플레이트 세트.
  15. 조류 오일(algal oils)과 같은 조류 제품(algal products)을 생산하는 방법에 있어서,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 반응기 용기 내에 조류를 배양하는 단계
    상기 조류를 선택적으로 수확하는 단계; 및
    상기 조류 제품을 격리시키는 단계
    를 포함하는,
    방법.
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