KR20160057903A - 미세조류 대량배양을 위한 이산화탄소 자동 주입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세조류의 대량배양에 적합한 이산화탄소 자동주입장치에 관한 것으로, 배양되는 미세조류가 구비된 수조와; 상기 수조의 일측에 구비되는 pH측정기와; 상기 수조에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급장치;로 이루어져, 상기 pH측정기에 의한 상기 수조내의 pH값이 기설정된 값이 되면 이산화탄소가 공급되는 미세조류 대량배양을 위한 이산화탄소 자동 주입장치를 제공하는 것을 기술적 특징으로 하고 있다. 그리고 바람직하기로는, 상기 이산화탄소 공급장치는, 상기 pH측정기의 pH값이 설정된 값에 따라 밸브개폐에 의해 이산화탄소가 공급되고, 상기 공급되는 이산화탄소는 외부공기와 혼합되어 공급되도록 할 수도 있으며, 상기 이산화탄소 공급장치는, 상기 pH측정기의 pH값이 설정된 값에 따라 밸브개폐에 의해 이산화탄소가 공급되되, 벤츄리관을 통해 공급되도록 한다. 최적의 이산화탄소 공급으로 10톤이상의 미세조류 대량배양이 효율적으로 이루어짐으로써 미세조류의 산업적 생산이 가능한 효과가 있다. 또한, 최적의 이산화탄소 공급이 조절됨으로써 시설운영비의 절감을 도모할 수 있는 경제적인 효과도 있다.

Description

미세조류 대량배양을 위한 이산화탄소 자동 주입장치{The automatic device of CO2 for microalgae-mass culture}

본 발명은 미세조류 배양에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상업적으로 운용하기 위한 미세조류의 대량배양의 효율증대를 위하여 환경내에서 최적의 이산화탄소 공급이 이루어지도록 함으로써 미세조류의 최적 배양이 이루어 지도록 한 미세조류 대량배양을 위한 이산화탄소 자동주입장치에 관한 것이다.

전 세계적으로 석유, 천연가스 등의 고갈, 수급체계의 불안정성 등의 고유가 위기가 조성되고 있으며, 이와 더불어 기후변화, 환경파괴 등의 생태계 보호를 위하여 화석에너지의 사용 제한이 가시화되고 있는 실정이다.

이에 따라 세계 각국은 신재생에너지 개발은 물론, 기존의 화력발전의 효율 증대와 친환경 제고에 힘을 기울이고 있으며 바이오매스의 이용도 각광을 받고 있다.

최근에는 바이오연료 생산에 따른 곡물자원의 가격 인상과 식량자원에 관한 우려로 미세조류 이용 연구가 바이오연료 생산에 초점을 맞추어 광합성 미생물의 유전체, 유전자 등 기초 연구뿐만 아니라, 미생물 개량, 반응기,시스템 연구 등 응용연구가 대규모로 진행되고 있다.

특히 고활성 조류를 개발하기 위해 고효율 광생물반응기 및 고농도 배양기술의 개발이 시도되고 있으며, 미세조류와 같은 광합성 미생물을 배양하는 방법은 크게 옥외배양법과 광생물반응기를 이용하는 방법으로 나눌 수 있다.

옥외배양법의 경우는 연못형태나 외륜으로 배지를 순환시키는 수로형태를 예로 들 수 있는데, 설치비나 운영비가 적게 드는 반면, 고농도의 배양이 힘들고 다른 미생물에 의해 오염되기 쉬워 광합성 산물의 회수비용이 증가한다는 단점이 있다.

따라서, 광합성 미생물을 이용한 고부가가치 물질의 생산이 가능하게 되고, 특히 생물학적 CO2 고정화 공정에 광합성 미생물의 고농도 대량배양 기술이 필수적으로 요구있다. 미세조류의 대량 배양을 위한 중요한 환경인자로는 광도, 온도, pH, CO2 농도, 질소, 인 등의 영양 물질이 있으며, 이러한 환경인자들의 최적의 조합이 이루어질 때, 효율적인 미세조류 대량배양이 이루어질 수 있다.

미세조류는 상기 환경인자들 중에서 이산화탄소를 탄소원으로 활용할 수 있는데 광합성 효율이 식물보다 우수하고, 균체의 상당 부분을 바이오디젤 등의 연료로 전환할 수 있는 지질을 축적하고 있어 이산화탄소 저감과 함께 친환경적인 연료 생산이 가능하다.

산업적으로 이용가능한 대량의 미세조류 배양에 있어 가장 문제로 지적되는 부분은 탄소 고정화에 필요한 빛과 탄소원으로 사용되는 이산화탄소의 효율적인 공급의 문제인 바, 현재까지 제안된 미세조류 배양 방법의 대부분은 빛의 효율적인 전달에 집중되어 있다(대한민국 등록특허 제0897019호, 대한민국 등록특허 제00622992호, 대한민국 특허등록 제0758856호, 일본 특허공개 제1996-89234호, 일본 특허공개 제1993-64577호).

그러나 이산화탄소의 수용액 내 물질전달 속도가 느리고 용해도가 낮기 때문에 이산화탄소 전달 문제 역시 미세조류 배양의 주요한 해결 과제로 지적되고 있다. 특히 대기 중의 이산화탄소를 고정화하는 것이 아니라 연소 배가스 내의 이산화탄소를 포집하는 것이 목적이라면 이산화탄소의 효율적인 전달 및 이용이 더욱 중요하며, 또한, 이산화탄소는 다른 환경인자 특히 pH와 연관성을 가지므로 이를 고려한 적절한 이산화탄소의 주입이 필요하나, 미세조류 바이오매스 생산 효율 향상을 위해 필수적인 이산화탄소 주입 설비는 PBR을 위한 고가의 상품만 존재하였고, 대량배양용으로 up-scele 하기에 한계가 있었다.

대한민국 공개특허(공개번호:10-2014-27742호), 이산화탄소 용해조가 독립적으로 구성되어 있는 미세조류 배양시스템 및 이를 이용한 미세조류 배양방법. 대한민국 등록특허(등록번호: 10-1058535호), 고효율 이산화탄소 제거능을 갖는 미세조류 및 이의 용도.

따라서 본 발명은 미세조류의 대량배양에 적합한 이산화탄소 자동주입장치 및 방법을 제공함으로써 바이오매스의 산업적 이용이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 미세조류 배양에 이산화탄소를 공급하는 장치에 있어서, 배양되는 미세조류가 구비된 수조와; 상기 수조의 일측에 구비되는 pH측정기와; 상기 수조에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급장치;로 이루어져, 상기 pH측정기에 의한 상기 수조내의 pH값이 기설정된 값이 되면 이산화탄소가 공급되는 미세조류 대량배양을 위한 이산화탄소 자동 주입장치를 제공하는 것을 기술적 특징으로 하고 있다

그리고 바람직하기로는, 상기 이산화탄소 공급장치는, 상기 pH측정기의 pH값이 설정된 값에 따라 밸브개폐에 의해 이산화탄소가 공급되고, 상기 공급되는 이산화탄소는 외부공기와 혼합되어 공급되도록 할 수도 있다.

또한, 상기 이산화탄소 공급장치는, 상기 pH측정기의 pH값이 설정된 값에 따라 밸브개폐에 의해 이산화탄소가 공급되되, 벤츄리관을 통해 공급되도록 한다. 상기 벤츄리관은 수조내에 설치되고, 일측입구를 통해 수조내를 순환되어 흐르는 미세조류 배양액이 유입되고, 관 목부분에 수조 외부로 통하는 배관통로가 형성되고, 상기 배관통로를 통하여 외부에서 공급되는 이산화탄소와 외부공기의 혼합유체가 전달되어 벤츄리관 타측을 통하여 미세조류배양액에 이산화탄소가 농축되어 수조내로 전달되도록 하고, 상기 이산화탄소와 외부공기의 혼합유체는, 상기 수조내에 설치된 pH측정기의 값에 의해 밸브개폐에 의해 공급이 이루어지도록 한다.

최적의 이산화탄소 공급으로 10톤이상의 미세조류 대량배양이 효율적으로 이루어짐으로써 미세조류의 산업적 생산이 가능한 효과가 있다.

또한, 최적의 이산화탄소 공급이 조절됨으로써 시설운영비의 절감을 도모할 수 있는 경제적인 효과도 있다.

도 1은 CO₂ 공급으로 인한 미세조류 배양액의 pH변화 측정값을 보인 도.
도 2는 CO₂ 공급으로 인한 미세조류 배양액의 수온변화 측정pH변화 측정값을 보인 도.
도 3은 CO₂ 공급/비공급에 의한 세포수 변화를 보인 도.
도 4는 CO₂ 공급/비공급에 의한 건중량 측정 결과를 보인 도.
도 5는 CO₂ 공급/비공급에 의한 총질소/총인 측정 결과를 보인 도.
도 6은 pH값에 따른 이산화탄소 공급 여부에 따른 배양액의 pH변화 측정값을 보인 도.
도 7은 벤츄리관을 통한 CO₂ 공급을 위한 미세조류 배양장치를 보인도.
도 8은 벤cb리관 CO₂ 공급과 에어블로우를 통한 CO₂ 공굽으로 인한 미세조류 배양액의 pH변화 측정값을 보인 도.
도 9는 벤츄리관 CO₂ 공급과 에어블로우를 통한 CO₂ 공굽으로 인한 미세조류 배양액의 건중량 측정값을 보인 도.

본 발명의 핵심은 미세조류의 대량배양에 적합한 이산화탄소의 주입에 관한 것임을 알 수 있으며, 이를 위해 환경인자들중 광도, 온도, 질소, 인 등의 영양 물질은 동일한 조건을 유지하는 것으로 하고, pH와 이산화탄소의 두가지 인자를 고려하는 것으로 한다.

그리고, 실험실 규모가 아닌 생산을 위한 대량배양을 위한 것으로, 대량배양이란 규모가 최소한 10톤이상의 크기로 이루어지는 수조 또는 야외의 개방된 공간에서 이루어지는 것을 의미하는 것으로 한다.

현재 알려진 미세종류는 그 종류가 4만여종 이상이며, 각 종마다 적절한 환경조건이 다른 특성이 있으므로, 이러한 특성 또한 고려되어야 할 것이다.

일예를 들어 상기 미세조류 중 남조류에 속하는 Spirulina platensis는 완전식품으로 단백질, 탄수화물, 지질, 무기질, 비타민 및 섬유질를 함유하고 있어 필수 영양소가 고루 갖춰진 건강보조식품으로서 많은 사람들에게 관심을 받고 있다.

또한 광합성 색소인 클로로필 a를 함유하고 있어 식품이나 음료의 천연색소로 이용되며, 의약품의 원료로서도 이용 가능하다. 기 스피루리나 속 조류는 남조식물 흔들말과의 조류로, 사이아노박테리아의 일종이다.

에티오피아가 원산지이며 클로렐라 등과 함께 미래의 단백질원으로 주목되고 있으며, 배양하는 조건과 관련하여, 온도 조건은 34 ℃ 내지 36 ℃, 상기 pH 조건은 pH9 내지 pH 10임이 알려져 있다.

이와는 달리 우리나라의 호수 또는 강, 바다에서 흔히 접할 수 있는 녹조류 (Chlorella sp, Scenedesmus sp. Stegioclonium sp.등)은 배양하는 조건과 관련하여, 온도 조건은 20 ℃ 내지 30 ℃, 상기 pH 조건은 pH6.5 내지 pH 7.50임이 알려져 있다. 따라서 이러한 배용조건을 고려하여 각 이산화탄소의 주입이 조절되어야 할 것이다.

먼저, 미세조류 배양을 위한 이산화탄소의 주입에 따른 효과를 알아보기 위하여 실험을 하였다.

1. 미세조류의 선정

우리나라에서 흔히 접할 수 있는 녹조류인 Golenkinia sp.로 선정하였다.

2. 배양조건

대량배양을 위한 것이므로, 야외에 10톤 수조에 미세조류 배양액이 저장되도록 하고, 광도는 자연광으로 하였으며, 온도는 일정한 온도 20 내지 25℃를 유지토록 하였다.

실시예1. 이산화탄소 공급에 따른 미세조류 배양 효율

1-1. CO₂ 공급으로 인한 배양액의 pH변화 측정

10톤 수조에 CO₂를 2 L/min로 블로우로 공기와 혼합하여 공급하였다.

표1은 이산화탄소 공급여부에 따른 pH 변화이다.

위 표1과 도1에서 나타난 바와 같이, 측정된 CO₂ 공급 실험구의 pH는 7.12이었다. 실험기간 동안 pH 6.55~7.12 사이의 값을 보여주었다.CO₂ 비공급실험구의 pH는 8.97 ~ 10.17 사이의 값을 보여주었다. 즉, 이산화탄소의 공급으로 인하여 미세조류의 배양은 적절한 pH를 유지하는데 필수적임을 알 수 있다.

1-2. CO₂ 공급으로 인한 배양액의 수온변화 측정

표2는 CO₂ 공급으로 인한 배양액의 수온변화이다.

표 2와 도 2에 나타난 바와 같이, 실험기간 중 수온은 20.5~23.6 ℃℃ 범위였으며, CO₂ 공급 실험구와 비공급 실험구간의 차이는 없었다. 즉, 이산화탄소의 유무는 환경요인인 수온변화와는 아무런 상관관계가 없는 요인임을 알 수 있다.

1-3. 세포계수

표3은 CO₂ 공급/비공급에 의한 세포수 변화이다.

1-4. 건중량

표4는 건중량 측정 결과이다.

표4와 도 4에 도시된 바와 같이, 실험 시작 시 평균 건중량은 CO₂공급 실험구의 경우 0.0465 g/L, CO₂비공급 실험구의 경우는 0.0505 g/L 이었다. 배양 6일차에 CO₂공급 실험구에서 0.1197 g/L, CO₂비공급 실험구에서 0.0840 g/L 로 각각 최고값을 보였다.

건중량 결과로부터 계산된 일간 비성장률은CO₂ 공급 실험구가 0.1575, 비공급 실험구가 0.0848이었다.

1-5. 총질소/총인

표5는 총질소/총인 측정 결과이다.

5와 도 5에 도시된 바와 같이, 실험기간 중 CO₂공급 실험구에서총질소는 초기 50.038 mg/L에서 배양 6일차에 44.167 mg/L까지 감소하였다. CO₂비공급 실험구에서는 51.782 mg/L에서 44.167 mg/L로 감소하였다.

총질소의 감소량에서 배양 시작~2일 사이에 비교적 큰 폭으로 감소하였으며, 그 이후의 감소량은 비교적 적은 수준이었다.

CO₂공급 실험구에서 총인은 초기 4.183 mg/L에서 배양 6일차에 3.816 mg/L까지 감소하였다. CO₂비공급 실험구에서는 4.313 mg/L에서 3.971 mg/L로 감소하였다.

총인의 측정결과 중 CO₂공급 실험구에서의 결과는 총질소의 결과에서처럼 배양 초기에 급감하는 총인의 결과를 보여주었지만 CO₂비공급 실험구에서는 배양 초기에 소모되는 총인이 적은 결과를 보여주었다.

실시예2. 이산화탄소를 이용한 pH 조절기 효과

도 6에 도시된 바와 같이, CO₂ 조절기 없이 CO₂만 0.5LPM(Liter per min.)으로 넣어 준 것(A), CO₂없이 일반 공기만 넣어 준 것(B), pH조절기를 통해 CO₂를 넣어 주는데 한번 공급시 1LPM 의 CO₂가 주입되는것(C)을 비교한 실험 데이터 그래프이다. A는 CO₂가 0.5LPM으로 계속 주입한 결과 적절한 pH가 유지되고는 있는 것으로 보이지만 흐린날 (광합성의 양이 적을 경우)에는 6이하로 떨어질 수 있을 뿐만아니라 CO₂소모량이 과도하게 많다. B의 경우 CO₂의 공급없이 광합성량만 증가하게 되면 pH가 지속적으로 증가하는 것을 보여준다. C의 경우 pH조절기를 통해 CO₂ 를 공급하게 되는데, 이때 설정pH값인 7.5 이상으로 올라가더라도 곧 바로 그 이하로 유지가 되는 것을 확인 할 수 있다. 7.5이상이 될 때만 CO₂ 가 공급이 되므로 CO₂ 소모량이 적고, 안정적으로 7.5 정도의 값을 유지할 수가 있다.

이상의 결과에서 나타나듯이, 이산화탄소의 주입에 따라 미세조류의 원활한 성장이 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

또한, 이산화탄소를 주입하되, 단순한 주입이 아닌 pH와 연동되어 일정하 pH를 유지하도록 이산화탄소가 공급되는 것이 이산화탄소 양의 절감이 이루어지고, 또한 동력손실이 적어며 보다 효율적임을 알 수 있다.

다음은, 상기와 같은 관점에서 일정한 pH를 유지하되, 보다 효율적인 이산화탄소의 공급이 이루어지도록 하는 다른 방법을 설명하기로 한다.

즉, 이산화탄소의 공급은 동력 및 이산화탄소원을 필요로 하며, 이는 곧 미세조류 대량배양을 위한 비용이 되므로, 최소한의 비용으로 높은 효율을 달성하는 것이 바람직하다. 따라서 이산화탄소를 보다 효율적으로 이용하기 위하여 보다 적은양의 이산화탄소를 이용하되, 적은 소모동력을 사용하여 보다 높은 효율을 달성하기 위한 방법 및 장치를 이하 설명하기로 한다.

먼저, 도 7은 효율적인 이산화탄소 공급을 위한 벤츄리관을 이용한 본 발명에 의한 이산화탄소 공급장치이고, 도 8은 벤츄리관 부분의 확대도 이다.

도시된 바와 같이, 본 이산화탄소 공급장치(100)은 실질적인 대량배양을 위한 장치로써 100톤 규모의 대형수조(110)를 이용하였다. 상기 대형수조(110)의 중앙부분에는 배선관로(112)를 형성하고, 상기 배선관로(112)을 따라 미세조류가 배양되는 물이 순환되어 흐르게 된다. 그리고, 상기 수조(110)의 일측에는 pH센서(120)이 설치되어 pH의 변화를 감지하게 된다. 상기 pH센서(120)는 대형수조(110)의 외부에 별도 설치된 이산화탄소공급기(140)와 연결되어 있다. 따라서 계측기(124)에 의해 수조(110) 내의 pH변화값을 읽어드리고, 그 값에 의해 밸브개폐에 따라 이산화탄소공급기(140)의 이산화탄소가 공급되도록 하고 있다.

그리고 이와는 별도로 수조(110)내부를 흐르는 물은 일측에서 외부로 빠져나와 펌프(130)에 의해 다시 수조(110)측으로 공급되되, 전술한 공급되는 이산화탄소와 외부공기(150)이 함께 섞여서 이산화탄소공급기(140)측으로 전달되도록 하고 있다.

따라서 이산화탄소공급장치(200)측으로는 수조내에서 순환되어 온 물과 이산화탄소 그리고 외부공기의 세가지가 혼합되어 들어오고 배출되는 것은 이산화탄소가 농축된 물이 수조내부로 배출되도록 하고 있다.

이하에서는 이산화탄소 공급장치(200)에 대하여 좀 더 자세히 설명하기로 한다. 도7의 상세도에 도시된 바와 같이, 본 장치(200)은 벤츄리관의 형태를 취하고 있으며, 이는 베르뉴이의 원리를 이용한 벤츄리관의 특성에 따라 이산화탄소의 농축이 원활리 이루어지도록 하기 위함이다. 즉, 벤츄리관은 흐르는 유속이 관의 면적이 좁아지는 목을 지나면서 급격히 유속히 증가하고 압력은 낮아지는 것으로 이미 알려진 공지의 사항이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에서는 이산화탄소 공급관로(140‘)를 통해 전달되는 이산화탄소와 외부공기관로(150)를 통해 전달되는 외기는 하나의 관로로 전달되고, 이산화탄소와 외기의 혼합유체는 벤츄리관(200)의 목 부분에서 공급되도록 하고, 수조에서 빠져나온 물(a)이 펌프(130)의 작동에 의해 밴츄리관을 통과하면서 목부분의 외기와 이산화탄소의 혼합유체가 함께 섞인 혼합유체물(a')이 되어 통과되도록 하고 있다. 따라서 이러한 경우 벤츄리관(200)을 통과한 혼합유체물(a')은 보다 고 농도의 이산화탄소가 농축된 상태가 된다. 이러한 혼합유체물(a')은 대형수조내로 전달되고, 배선관로(112)를 따라 수조(100)내부를 흘러 배양중인 미세조류에 이산화탄소를 공급하게 된다. 그리고, 이러한 이산화탄소의 공급은 무제한적으로 이루어 지는 것이 아니라 수조(110)내에 설치된 pH미터(120)에 의한 pH값의 변화에따라 일정한 pH값에 도달하면 작동되도록 하고 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 미세조류에 따라 요구하는 pH값은 다르며, 각 미세조류에 따라 적정 pH값에 맞게끔 조절하면 족할 것이다.

상기과 같이, 벤츄리관을 이용함으로써 이산화탄소의 포화도를 높이면, 여러 가지 잇점이 발생하게 된다. 즉, 이산화탄소의 포화도는 온도 및 압력의 함수이므로 수조내의 온도 및 압력은 배양중인 미세조류의 상태에 따라 일정하게 유지되며, 공급되는 이산화탄소의 많은 양이 물속에 포화되지 못하고, 증발하게 되며, 많은양의 이산화탄소가 소모되게 된다. 이러한 문제점을 제거할려면 별도의 이산화탄소 포집장치가 필요하며, 이는 장치 비용의 증대를 초래하게 된다. 따라서 본 발명에서는 간단한 벤츄리관을 이용함으로써 보다 높은 포화도를 유지함으로써 별도의 장치비 증가 없이 보다 적은양의 이산화탄소 공급으로 효과를 달성할 수 있게 된다. 이하에서는 이러한 벤츄리관을 이용한 이산화탄소 자동주입장치(200)을 이용한 이산화탄소 공급과 실시예1 및 실시예 2에서 사용된 에어블로어를 통한 이산화탄소 공급에 의한 실험예를 설명하기로 한다.

실시예3, 본 발명에 의한 벤츄리관 이산화탄소 주입과 에어블로우를 통한 이산화탄소 주입에 따른 비교 실험

1. 미세조류의 선정

본 실험을 위하여 우리나라에서 흔히 접할 수 있는 녹조류인 CCS 믹스(Chlorella, Scenedesmus, Stigeocolonium의 세가지 종이 혼합된 것)를 선정하였다.

2. 배양조건

대량배양을 위한 것이므로, 야외에 100톤 수조에 미세조류 배양액이 저장되도록 하고, 광도는 자연광으로 하였으며, 온도는 일정한 온도 20 내지 30℃를 유지토록 하였다. 그리고 pH는 설정값으로 8.5를 유지토록 하였다.

3. 이산화탄소의 공급

도8에 도시된 바와 같이, 비교를 위하여 상술한 실시예1 및 실시예2에서 사용된 에어와 이산화탄소가 혼합되어 에어블로우를 통하여 공급되는 것(빨간색 표시 부분)과, 본 발명에 의한 벤츄리관을 통한 공급(파란색 부분)을 비교하여 실험하였다. 다른 조건들 수조내의 pH변화에 따른 공급, 온도 등은 모두 동일하게 하였다.

결과.

1. CO₂ 공급으로 인한 배양액의 pH변화 측정

도 8에 도시된 바와 같이, 벤츄리관을 이용한 이산화탄소 주입장치가 에어블로우를 통한 이산화탄소 주입보다 pH8.5에 보다 밀접하게 유지됨을 알 수 있다 더욱이 초기 반응속도는 보다 빨리 이루어짐을 알 수 있으며, 이는 보다 효율적인 이산화탄소 공급이 이루어짐을 알 수 있다.

그리고 낮과 밤의 변화에 따른 pH의 변화폭을 살펴보면, 벤츄리관을 통한 이산화탄소의 주입이 변화폭이 적음을 알 수 있다 즉, 이는 벤츄리관을 통한 이산화탄소의 주입은 물속에 충분히 녹아들어 외기로 자연 배출되는 이산화탄소의 양이 보다 적음을 나타내는 것으로 이는 달리 말하면, 보다 적은양의 이산화탄소 사용이 가능함을 알 수 있다.

또한 둘 다 이산화탄소의 공급을 중단할 시에는 급격히 pH가 높아짐을 알 수 있으며, 이는 미세조류의 배양에 손실을 가져옴을 알 수 있다.

2. CO₂ 사용량의 비교

표6은 pH를 유지하기 위해 사용된 CO₂ 양이다.

상기 표6에서 나타난 바와 같이, 벤츄리관 이산화탄소 주입장치를 이용한 P1수조가 에어블로우를 이용하여 이산화탄소를 주입하는 P2수조 보다 40kg의 이산화탄소가 채워져 있는 가스 1통을 다 소비하고 교체하는데 걸리는 시간이 더 길다는 것을 알 수 있다. 이 결과를 보면 벤츄리관을 이용하여 이산화탄소를 주입할 때 이산화탄소의 소비량이 절감되는 효과가 있는 것을 알 수 있다.

3. 세포계수

표7은 벤츄리관/에어블로우에 의한 미세조류 건조중량의 변화이다,

표7과 도 9에 나타난 바와 같이, 배양액에 대한 건조중량을 측정한 결과 벤츄리관 이산화탄소 주입장치를 이용한 P1수조가 에어블로우를 이용하여 이산화탄소를 주입하는 P2수조 보다 미세조류 건조중량이 더 높게 나타났다. 그림에 나타낸 검정색 실선 부분은 미세조류 배양액을 수확하여 농축한 시기를 표시한 것이다. 벤츄리관을 이용하여 이산화탄소를 주입하는 것이 더 높은 건조중량의 미세조류 배양액을 얻을 수 있으므로 에어브로우를 이용하여 이산화탄소를 주입하여 배양하는 것보다 효율이 높음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 벤츄리관을 이용한 이산화탄소의 주입은 보다 적은양의 사용에도 불구하고 미세조류배양의 효율은 증대함을 알 수 있다. 따라서 보다 저비용으로 고효율의 미세조류 배양이 가능하며, 이는 상업적 운용에 있어서 획기적인 잇점을 줄 수 있음을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 미세조류 배양에 이산화탄소를 공급하는 장치에 있어서,
   배양되는 미세조류가 구비된 수조와;
   상기 수조의 일측에 구비되는 pH측정기와;
   상기 수조에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급장치;로 이루어져,
   상기 pH측정기에 의한 상기 수조내의 pH값이 기설정된 값이 되면 이산화탄소가 공급되는 것을 특징으로 하는 미세조류 대량배양을 위한 이산화탄소 자동 주입장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 이산화탄소 공급장치는,
   상기 pH측정기의 pH값이 설정된 값에 따라 밸브개폐에 의해 이산화탄소가 공급되는 것을 특징으로 하는 미세조류 대량배양을 위한 이산화탄소 자동 주입장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 공급되는 이산화탄소는 외부공기와 혼합되어 공급되는 것을 특징으로 하는 미세조류 대량배양을 위한 이산화탄소 자동 주입장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 이산화탄소 공급장치는,
   상기 pH측정기의 pH값이 설정된 값에 따라 밸브개폐에 의해 이산화탄소가 공급되되, 벤츄리관을 통해 공급되는 것을 특징으로 하는 미세조류 대량배양을 위한 이산화탄소 자동 주입장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 벤츄리관은 수조내에 설치되고,
   일측입구를 통해 수조내를 순환되어 흐르는 미세조류 배양액이 유입되고,
   관 목부분에 수조 외부로 통하는 배관통로가 형성되고, 상기 배관통로를 통하여 외부에서 공급되는 이산화탄소와 외부공기의 혼합유체가 전달되어 벤츄리관 타측을 통하여 미세조류배양액에 이산화탄소가 농축되어 수조내로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 미세조류 대량배양을 위한 이산화탄소 자동 주입장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 이산화탄소와 외부공기의 혼합유체는,
   상기 수조내에 설치된 pH측정기의 값에 의해 밸브개폐에 의해 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세조류 대량배양을 위한 이산화탄소 자동 주입장치.

Images