KR20160085240A - Method of and Apparatus for Producing Biomass with Glycerol - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 글리세롤을 이용한 바이오매스의 증식방법 및 증식장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대체 에너지의 확보 수단으로 떠오르고 있는 바이오 매스를 대량으로 증식시킬 수 있고, 바이오 매스의 생산량을 더욱 효율적으로 향상시킬 수 있는 글리세롤을 이용한 바이오 매스의 증식방법 및 그 증식장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for growing biomass using glycerol, and more particularly, to a method and apparatus for growing biomass using glycerol, and more particularly, The present invention relates to a method for growing biomass using glycerol and a proliferation apparatus therefor.
오늘날 화석연료의 소진에 대한 우려와 환경오염의 방지 측면에서 기존의 석유 제품을 대체하기 위한 노력이 다각도로 진행되고 있다. Today, efforts are being made to replace conventional petroleum products in various aspects in terms of concern about exhaustion of fossil fuels and prevention of environmental pollution.
기존의 휘발유 또는 디젤을 대체할 수 있는 가장 유력한 연료로 인식되고 있는 것은 지속적으로 이용할 수 있는 재생자원인 바이오매스를 통해서 생산되는 바이오 연료들이다. 이미 브라질 등에서 이용하고 있는 바이오 에탄올, 바이오 디젤 등은 대체 연료로서 인정을 받고 있다. What is perceived as the most viable fuel to replace conventional gasoline or diesel is biofuels produced through biomass, a renewable renewable resource. Bioethanol and biodiesel, already used in Brazil and other countries, are recognized as alternative fuels.
바이오디젤(biodiesel)은 석유 기반인 경유의 대안으로 식물성 기름이나 동물성 지방과 같이 재생 가능한 자원을 바탕으로 제조된다. 바이오디젤은 지방산메틸에스테르로 구성되어 있으며 에스테르 작용기의 산소 2개를 분자내에 포함하고 있어 함산소 연료라고 할 수 있다. 이 바이오디젤과 같은 함산소 연료(Oxygenated Fuel)는 연소시 분자에 포함하고 있는 산소가 반응에 참여하면서 연소반응을 촉진하여 완전연소가 쉽고 그에 따른 배기가스 저감효과도 탁월한 장점이 있다. Biodiesel is an alternative to petroleum-based diesel oil and is based on renewable resources such as vegetable oils and animal fats. Biodiesel is composed of fatty acid methyl esters and contains two oxygen atoms in the ester functional group. Oxygenated fuel such as biodiesel is advantageous in that the oxygen contained in the molecule during combustion contributes to the combustion reaction, facilitating complete combustion and thus reducing the exhaust gas.
바이오디젤은 재생 가능한 연료로서 현재의 엔진 기름을 대체할 수 있고, 기존의 시설을 통해 운반, 판매가 가능하기 때문에, 가장 중요한 교통 에너지 자원인 화석 연료의 유력한 대안으로 꼽히고 있다. 그러나 아직까지 바이오디젤은 순수 초저유황 연료의 낮은 윤활성을 향상시키기 위해 경유와 섞어 쓰는 경우가 많다. 바이오디젤의 생산과 사용은 특히 유럽과 미국, 아시아에서 급격히 증가하고 있지만, 전체 연료 시장에서 차지하는 비율은 아직 미미하다. Biodiesel is considered a viable alternative to fossil fuels, which is the most important transportation energy resource, because it can replace current engine oil as a renewable fuel and can be transported and sold through existing facilities. However, biodiesel is still mixed with diesel to improve the low lubrication of pure ultra low sulfur fuel. The production and use of biodiesel is growing rapidly, especially in Europe, the US and Asia, but the share of the total fuel market is still insignificant.
바이오 디젤은 유채, 곡물, 팜, 옥수수 등을 이용하여 생산할 수도 있지만, 오늘날 지구상의 식량문제가 아직 해결되지 않은 상태에서, 식량자원을 바이오 매스로 생산하는 것은 자원의 효율적인 사용 측면과 더불어 윤리적인 문제에서도 자유로울 수가 없다는 한계를 가지고 있다. Biodiesel can be produced using rapeseed, grains, farms, corn, etc. However, with the food problems on the planet now unresolved, production of food resources into biomass is not only an efficient use of resources, It is impossible to be free.
이러한 관점에서 볼 때, 미세조류를 이용한 바이오 매스의 생산은 환경오염의 문제가 전혀 없고, 인류의 식량자원의 획득과 무관한 것이어서, 윤리적인 측면에서도 문제가 전혀 없다. From this point of view, the production of biomass using microalgae has no problem of environmental pollution, and is independent of the acquisition of human food resources, so there is no ethical problem at all.
그러나, 현재 미세조류의 생산성은 아직 기존 화석연료에 비해 1/5 - 1/10 수준에 불과하므로, 경제성 측면에서 가장 취약한 단점을 가지고 있다. 최근에는 우수 세포주의 탐색과 동시에 생명공학 기술을 이용한 지질 고생산성 미세조류를 개발하는 연구가 진행되고 있지만, 아직까지 획기적인 연구 결과가 보고된 적이 없는 것으로 보인다. However, the productivity of microalgae is still only 1/5 - 1/10 of that of conventional fossil fuels. In recent years, research on the development of lipid-high productivity microalgae using biotechnology has been conducted along with exploration of excellent cell lines, but no remarkable results have been reported yet.
본 발명은, 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대체 에너지의 확보 수단으로 떠오르고 있는 바이오 매스를 대량으로 증식시킬 수 있고, 또한 바이오 매스의 생산량을 더욱 효율적으로 향상시킬 수 있는 글리세롤을 이용한 바이오 매스의 증식방법 및 그 증식 장치를 제공하는데, 그 목적이 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a biosurfactant for biomass which can grow a large amount of biomass as a means for securing alternative energy, The present invention provides a method of propagating a biomass and a proliferation apparatus therefor.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 미세조류의 성장속도 내지 성장량을 객관적으로 측정하기 위하여 복수의 미세조류를 선정하고, 상기 선정된 미세조류들을 영양배지에서 배양하여 수득하는 미세조류의 배양단계와; 상기 미세조류를 생물반응 용기에 투입하고, 외부에서 상기 생물반응 용기에 공기를 공급하면서, 복합 영양소로서 글리세롤을 2 g/L ~ 5 g/L 의 비율로 투입하고, 실온에서 10일 내지 20일 동안 혼련시키면서 상기 미세조류를 성장시키는 미세조류의 영양 성장단계와; 상기 미세조류의 영양 성장단계를 거쳐서 상기 생물반응 용기에서 성장한 미세조류를 수득하는 미세조류의 수득단계; 를 포함하고 있다. In order to achieve the above object, the present invention provides a method for culturing microalgae, which comprises culturing microalgae in a nutrient medium to select a plurality of microalgae for objectively measuring the growth rate or growth rate of the microalgae, Wow; The microalgae are introduced into a biological reaction vessel and fed with glycerol as a complex nutrient at a rate of 2 g / L to 5 g / L while supplying air to the biological reaction vessel from the outside, A micro nutrient growth step of growing the microalgae while kneading the microalgae; Obtaining microalgae obtained by microalgae growing through the nutrient growth step of the microalgae and growing microalgae in the biological reaction vessel; .
본 발명에 의한 글리세롤을 이용한 바이오 매스의 증식방법을 이용할 경우, 미세조류의 종류에 무관하게 미세조류의 증식량을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다. When the method of growing biomass using glycerol according to the present invention is used, there is an advantage that the amount of microalgae can be further increased irrespective of the kind of microalgae.
또한, 본 발명에 의한 글리세롤을 이용한 바이오 매스의 증식방법을 이용할 경우, 수득된 미세조류를 바이오매스로 전환하는 과정에서 부산물로서 얻게 되는 글리세롤을 다시 미세조류의 배양 및 성장을 위한 복합 영양소로서 재활용할 수 있으므로, 자연환경을 오염시키지 않는 장점도 있다. In addition, when using the method of growing biomass using glycerol according to the present invention, glycerol, which is obtained as a by-product in the process of converting the obtained microalgae into biomass, is recycled as a complex nutrient for culturing and growing microalgae There is an advantage of not polluting the natural environment.
또한, 본 발명에 의한 글리세롤을 이용한 바이오 매스의 증식방법을 이용할 경우, 다양한 복수의 미세조류를 하나의 바이오매스 증식장치에서 생산할 수 있으므로, 바이오 매스의 생산성을 향상시킬 수 있는 장점도 있다.In addition, when the method of growing biomass using glycerol according to the present invention is used, it is possible to produce a variety of microalgae in a single biomass breeding device, thereby improving the productivity of biomass.
도 1은 본 발명에 의한 바이오 매스의 증식장치(100)에 관한 개략적인 개념도이고,
도 2는 본 발명에 의한 바이오 매스의 증식장치(100)에 사용되는 광생물반응기(120)에 관한 개략적인 개념도이고,
도 3은 상기 광생물반응기(120)에 사용될 수 있는 도광판(126)에 관한 개략적인 개념도이며,
도 4는 바이오 매스로서 Chlorella sp.를 이용한 경우, 글리세롤의 함량에 따른 바이오 매스의 생산량에 관한 도표이고,
도 5는 바이오 매스로서 Nannochloris sp.를 이용한 경우, 글리세롤의 함량에 따른 바이오 매스의 생산량에 관한 도표이며,
도 6은 바이오 매스로서 Botryococcus braunii 를 이용한 경우, 글리세롤의 함량에 따른 바이오 매스의 생산량에 관한 도표이다.1 is a schematic conceptual diagram of an
2 is a schematic conceptual diagram of a
3 is a schematic conceptual diagram of a
4 is a graph showing the production amount of biomass according to the content of glycerol when Chlorella sp. Is used as biomass,
5 is a graph showing the yield of biomass according to the content of glycerol when Nannochloris sp. Is used as biomass,
6 is a graph showing the production amount of biomass according to the content of glycerol when using Botryococcus braunii as biomass.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다. 다만, 첨부된 도면 및 실시예는 본 발명의 기술사상을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 기술사상이 이에 한정되는 것이 아니며, 다양한 변형이 가능함을 미리 밝혀둔다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the drawings and embodiments are only for the purpose of illustrating the technical concept of the present invention in more detail, and that the technical idea of the present invention is not limited thereto and that various modifications are possible.
본 발명에 의한 글리세롤을 이용한 바이오 매스의 증식방법은, 미세조류의 성장속도 내지 성장량을 객관적으로 측정하기 위하여 복수의 미세조류를 선정하고, 상기 선정된 미세조류들을 영양배지에서 배양하여 수득하는 미세조류의 배양단계를 포함하고 있다. The method of growing biomass using glycerol according to the present invention is characterized in that a plurality of microalgae are selected in order to objectively measure the growth rate or growth rate of microalgae and the microalgae obtained by culturing the selected microalgae in a nutrient medium . ≪ / RTI >
본 발명은 바이오 매스의 원료로 사용될 수 있는 미세조류를 선정한다. 본 발명은 복수의 미세조류를 선정할 경우, 서로 다른 미세조류를 선정하여 사용하는 것이 바람직하다. 서로 다른 복수의 미세조류를 선정하는 이유는, 동일한 배양 조건하에서, 동일한 복합영양소를 투입하였을 경우, 최종적으로 수득된 미세조류에 있어서 객관적이고 의미있는 결과를 가져오는 것인지의 여부를 객관적으로 확인하기 위함이다. 본 발명은 담수용의 대표적인 바이오 매스로서 Chlorella sp.를 선정하고, 해수용의 대표적인 바이오 매스로서 Nannochloris sp.를 선정하며, 담수용 및 해수용의 양쪽성질을 갖는 대표적인 바이오 매스로서 Botryococcus braunii 를 각각 선정하는 것이 바람직하다. The present invention selects microalgae that can be used as a raw material for biomass. When selecting a plurality of microalgae, it is preferable that different microalgae are selected and used. The reason for selecting a plurality of different microalgae for different purposes is to objectively determine whether the same microalgae are added under the same culture conditions and whether the resultant microalgae will have objective and meaningful results to be. The present invention selects Chlorella sp. As a typical biomass of bamboo storage, selects Nannochloris sp. As a representative biomass for seawater, selects Botryococcus braunii as a representative biomass having both bamboo and sea water properties .
본 발명은 바이오 매스로서 특정한 미세조류가 선택되어지면, 선택된 미세조류를 BG-11 배지에서 배양한다. 상기 미세조류들의 배양 조건은 BG-11 배양 용액을 pH (7.2 ± 0.3)로 유지하고, 낮 (8h) 밤 (16h)의 주기로 진행하며, 배양 온도는 22℃ ± 2℃ 를 유지하고, 12일 내지 18일간 증식시키는 것이 바람직하다. When specific microalgae are selected as biomass, the selected microalgae are cultured in BG-11 medium. The culture conditions of the microalgae were maintained at a temperature of 22 ° C ± 2 ° C during the day (8h) overnight (16h), maintaining the pH of the BG-11 culture solution at 7.2 ± 0.3, To < / RTI > 18 days.
배양이 완료된 각각의 미세조류는 본 발명에 의한 바이오 매스 증식방법에 적합한 바이오 매스 증식장치(100)로 투입되어진다. Each of the microalgae that have been cultivated is put into a
도 1은 본 발명에 의한 바이오 매스의 증식장치(100)에 관한 개략적인 개념도이고, 1 is a schematic conceptual diagram of an
도 2는 상기 바이오 매스의 증식장치(100)에 사용된 광생물반응기(120)에 관한 예시적인 개념도이고, 2 is an exemplary conceptual diagram of a
도 3은 상기 광생물반응기(120)에 사용될 수 있는 도광판(126)에 관한 예시적인 개념도이다. 3 is an exemplary conceptual diagram of a
본 발명에 의한 글리세롤을 이용한 바이오 매스의 증식방법은, 상기 미세조류를 생물반응 용기에 투입하고, 외부에서 상기 생물반응 용기에 공기를 공급하면서, 복합 영양소로서 글리세롤을 2 g/L ~ 5 g/L 의 비율로 투입하고, 실온에서 10일 내지 20일 동안 혼련시키면서 상기 미세조류를 성장시키는 미세조류의 영양 성장단계를 포함하고 있다. The method for growing biomass using glycerol according to the present invention is characterized in that the microalgae are introduced into a biological reaction vessel and fed with air from the outside to the biological reaction vessel so that glycerol as a combined nutrient is fed at a rate of 2 g / L, and the microalgae are grown while being kneaded at room temperature for 10 to 20 days.
본 발명은, 상기 미세조류의 영양 성장단계를 효율적으로 수행하기 위하여, 본 발명의 바이오 매스의 증식방법을 실시하는데 적합한 바이오매스 증식장치(100)를 활용하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 전단계에서 배양이 완료된 각각의 미세조류를 상기 바이오매스 증식장치(100)에 투입하고, 상기 바이오매스 증식장치(100)를 가동시킨다. In order to efficiently perform the nutrient growth step of the microalgae, it is preferable to utilize the
상기 바이오매스 증식장치(100)는 전 단계에서 배양된 각각의 미세조류에 대하여 외부에서 영양물질을 공급하는 영양물질 공급조(110)와, 상기 각각의 미세조류에 대하여 공기중의 이산화탄소를 공급하는 공기 공급조(112)를 포함하고 있다.The
상기 영양물질 공급조(110)는 상기 미세조류에 대하여 영양 배지와 복합 영양소로서 공급되는 글리세롤을 저장하고 있다. 상기 영양 배지는 BG-11 배지가 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 통상적으로 사용되는 배지를 사용할 수 있다. The
상기 공기 공급조(112)는 상기 미세조류에 대하여 공기 중의 이산화탄소를 공급한다. 상기 공기 공급조(112)는 각각의 미세조류에 관련된 광생물반응기(120)에 직접 결합될 수도 있고, 상기 영양물질 공급조(110)에 결합되어 상기 광생물반응기(120)에 간접 결합될 수도 있다. 상기 공기 공급조(112)를 통하여 공기를 공급할 경우, 공기 중의 CO2 가스가 상기 광생물반응기(120)의 내부 수용액에 녹아 들어가게 되고, 상기 미세조류는 CO2 가스를 이용하여, 외부에서 공급된 빛에너지를 활용하여 광합성 작용을 하게 된다. 또한, 상기 광생물반응기(120)에 공급된 공기가 버블을 일으키면서 위쪽으로 올라가게 되고, 그 과정에서 자연스럽게 상기 미세조류의 성장에 필요한 물질을 혼련시키게 되는 부수적인 효과를 갖게 된다. The
상기 영양물질 공급조(110)와 상기 공기 공급조(112)는 상기 광생물반응기(120)에 연결되어 있고, 모두 동일한 조건으로 영양물질과 공기 및 이산화탄소 등을 공급하게 된다. The
상기 바이오매스 증식장치(100)는 상기 각각의 미세조류가 광합성 작용에 의해 성장할 수 있는 동시에, 외부에서 공급되는 복합 영양소를 흡수하여 성장할 수 있도록 해주는 복수의 광생물반응기(120)를 포함하고 있다. The
상기 복수의 광생물반응기(120)는 전단계에서 배양된 미세조류의 수량에 일치되는 갯수로 정해지는 것이 바람직하다. 예컨대, 만약, 전단계에서 배양된 미세조류가 2 종류일 경우, 상기 복수의 광생물반응기(120)는 2 개 또는 그 이상으로 구비하는 것이 바람직하고, 상기 미세조류가 3 종류일 경우, 상기 복수의 광생물반응기(120)는 3 개 또는 그 이상으로 구비하는 것이 바람직하며, 상기 미세조류가 4 종류일 경우, 상기 복수의 광생물반응기(120)는 4 개 또는 그 이상으로 구비하는 것이 바람직하며, 상기 미세조류가 5 종류일 경우에는, 상기 복수의 광생물반응기(120)는 5 개 또는 그 이상으로 구성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 도면에서는, 3개의 광생물반응기(120)를 예시적으로 보여주고 있다. It is preferable that the plurality of
상기 광생물반응기(120)는 미세조류 및 미세조류의 영양물질을 포함한 수용액을 저장하고 소정의 용기로 만들어진 몸체부(122)와, 상기 영양물질 공급조(110)와 상기 공기 공급조(112)에서 공급되는 영양물질과 공기를 상기 몸체부(122)에 공급하는 유입구(123)와, 생물학적 처리를 마친 미세조류를 외부로 배출하거나 내부의 슬러리를 외부로 배출하는 배출구(124)와, 상기 몸체부(122)의 상부에 위치하고 있고 외부의 전원에 의해 빛을 발생시키는 광원부(125)와, 상기 광원부(125)에 의해 발생된 빛을 상기 몸체부(122)의 내부에 균일하게 발산시키는 도광판(126)을 포함하고 있다. The
상기 광생물반응기(120)에는 상기 미세조류의 성장을 촉진시키고 미세조류의 생산량을 증대시키기 위하여 복합 영양소로서 글리세롤을 공급한다. 상기 글리세롤의 공급량은 2 g/L ~ 5 g/L 의 비율로 투입하는 것이 바람직하다. 상기 글리세롤의 공급량을 2 g/L 이하로 투입할 경우, 미세조류의 성장속도 및 미세조류의 수득량이 적어지게 되고, 상기 글리세롤의 공급량을 5 g/L 이상으로 투입할 경우에는 미세조류의 성장속도가 상승되는 측면이 있으나, 투입량에 비하여 크게 변화되지 않으므로 바람직스럽지 못하다. 상기 글리세롤의 공급량은 상기 영양물질 공급조(110)를 통하여 결정되어지고 통제될 수 있다. In the
본 발명은 상기 광생물반응기(120)에 상기 영양 배지와 상기 복합 영양소를 투입하고, 상기 미세조류를 투입하고, 상기 광원부(125)에서 발생된 빛을 도광판(126)에 의하여 균일하게 분산시켜 제공하면서, 실온에서 17일 내지 20일 정도를 서서히 혼련시킨다. 혼련 방식은 특별히 제한되지 않는다. 상기 광원부(125)는 전기에너지를 이용하여 빛을 발생시키는 것으로서, 상기 미세조류의 광합성 작용을 위하여 필요하다. 상기 광원부(125)에 의하여 발생된 빛은 그 아래쪽에 설치되어 있는 도광판(126)으로 전달되어지고, 상기 도광판(126)에 의하여 상기 몸체부(122)의 내부에서 고르게 분산되어 퍼져나가게 된다. 이와 같은 과정을 통하여, 상기 광생물반응기(120)의 내부에서 상기 미세조류가 성장하게 된다. The nutrient medium and the nutrients are introduced into the
본 발명은 미세조류의 성장을 촉진시키고, 미세조류의 수득량을 향상시키기 위하여, 단순히 광합성 작용에 의해서만 아니라, 외부에서 복합 영양소로서 글리세롤을 공급함으로써, 상기 미세조류가 독립영양생물로서의 성장과 종속영양생물로서의 성장을 동시에 추구한 것이라고 할 수 있다. The present invention provides glycerol as a complex nutrient from the outside, not only by photosynthesis, but also by the growth of an autotrophic organism as a heterotrophic organism and a heterotrophic organism, in order to promote the growth of microalgae and improve the yield of microalgae It can be said that it pursued growth as a creature at the same time.
본 발명에 있어서, 상기 광생물반응기(120)는 순환펌프(40)를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 상기 순환펌프(40)는 상기 광생물반응기(120)의 내부에 존재하는 영양물질과 미세조류를 계속적으로 혼련시키고 순환시켜주는 기능을 수행하게 된다. 또한, 상기 광생물반응기(120)는 수위계(30)를 통하여 상기 영양물질을 포함한 수용액의 수위를 측정하고, 외부로부터 영양물질의 투입 여부를 결정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 각종의 측정센서(55)를 설치하고 상기 수용액의 온도, pH, 산소 또는 이산화탄소의 농도, 복합 영양소의 농도 등을 측정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 수위계(30)와 측정센서(55)들은 컴퓨터 시스템(50)에 연결하여 자동적으로 측정 및 제어를 수행하도록 하는 것이 좋다. In the present invention, it is preferable that the
본 발명은 상기 미세조류의 영양 성장단계를 마친 미세조류를 상기 광생물반응기(120)에서 배출시키고, 배출된 미세조류를 바이오매스로서 수득하는 미세조류의 수득단계; 를 포함하고 있다. The present invention provides a method for producing microalgae, comprising the steps of: discharging microalgae from the microalgae that have undergone the nutrient growth step of the microalgae in the bioreactor (120) and obtaining the microalgae to produce the discharged microalgae as biomass; .
본 발명은 상기 광생물반응기(120)에서 상기 미세조류를 상기 배출구(124)를 통하여 외부로 배출시킨다. 이를 위하여, 상기 공기 공급조(112)의 공기 공급을 중단시키고, 상기 순환펌프(40)의 작동을 멈춘 상태에서, 상기 광생물반응기(120)의 내부에 Iron sulphate를 주입한다. 시간이 경과함에 따라, 상기 광생물반응기(120)의 내부에서 배양된 미세조류가 슬러리화되어 바닥에 가라앉게 된다. 상기 배출구(124)를 통하여 미세조류를 외부로 배출시키고, 한데 모아서 바이오 매스의 생물자원으로 활용하게 된다. In the present invention, the micro-algae are discharged to the outside through the discharge port (124) in the photobioreactor (120). To this end, the supply of air to the
이하, 구체적인 실시예들을 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.
<< 미세조류의 선택 및 배양 >><< Selection and Culture of Microalgae >>
본 발명은 미세조류로서 구형 클로렐라 (Chlorella sp.)와, 나노클로리스 (Nannochloris. sp.)와, 보트리오코코스 브라우니 (Botryococcus. braunii)를 선택하였다. 상기 클로렐라와 나노클로리스 및 보트리오코코스 브라우니는 한국 해양미세조류은행 (KMMCC, Korea)에서 분양받아 BG-11 배지에서 배양하였다. 배양 조건은 pH (7.2 ± 0.3), 낮 (8h) 밤 (16h)의 주기로 온도 (22℃ ± 2℃) 의 항온기에서 15일간 증식시켰다. 사용되었던 BG-11 배지의 성분은 아래의 표 1과 같았다. The present invention selected the rectangle Chlorella (Chlorella sp.), And a nano-keulroriseu (Nannochloris. Sp.), And a boat Rio Cocos brownie (Botryococcus. Braunii) as microalgae. The chlorella, nanocholor, and barium cocos brownie were cultivated in BG-11 medium and cultivated in Korean Marine Microalgae Bank (KMMCC, Korea). Culturing conditions were proliferated for 15 days in a thermostat (22 ° C ± 2 ° C) with a cycle of pH (7.2 ± 0.3), day (8h) and night (16h). The components of the BG-11 medium used were as shown in Table 1 below.
[g/L dH[g / L dH
22
O] O]
Final Medium [M]Final Medium [M]
-
-
<< 바이오매스 증식장치(100) >><< Biomass Proliferation Device (100) >>
상기 Chlorella sp.와 Nannochloris sp.와 Botryococcus braunii 를 각각 BG-11 배지에서 배양한 다음, 바이오매스 증식장치(100)에 투입하여, 상기 미세조류의 성장활동을 측정하였다. 상기 바이오매스 증식장치(100)에 3개의 광생물반응기(120)를 장착하였고, 상기 미세조류를 각각의 광생물반응기(120)에 투입하고, 초기농도를 측정하였다. 이때, 상기 Chlorella sp.의 초기농도는 0.357 ± 0.7 g/L 이었고, 상기 Nannochloris sp.의 초기농도는 0.367 ± 0.6 g/L 이었으며, 상기 Botryococcus braunii 의 초기농도는 0.342 ± 0.7 g/L 이었다. The Chlorella sp., Nannochloris sp., And Botryococcus braunii were cultured in BG-11 medium, respectively, and then added to the
상기 3개의 광생물반응기(120)는 모두 동일한 형상으로 제작하였고, 상기 몸체부(122)의 용량은 모두 각각 15 L [230 mm (가로) * 230 mm (세로) * 300 mm (높이)] 이었다. 상기 광생물반응기(120)는 중성 pH (7.2 ±0.3)로 유지하였으며, 진행 온도는 22 ℃ ± 2 ℃ 이었고, 낮(8시간)과 밤(16시간)의 주기를 유지하였다. 또한, 상기 광생물반응기(120)는 공기 공급조(112)를 통하여 상기 몸체부(112)에 분당 0.5 L의 공기를 주입했고, 공기 안에 함유되어 있는 CO2 양은 0.02 vvm 이었다. The three
상기 광생물반응기(120)에는 컴퓨터(50)에 연결된 다수의 측정용 센서(55)들을 결합시켜 몸체부(122)의 수용액의 상태를 측정하도록 하였고, 수위계(30)를 부착하였으며, 순환펌프(40)를 통하여 계속적으로 수용액의 순환을 유도하였다. A plurality of
또한, 상기 광생물반응기(120)의 몸체부(122) 가운데에 V-cut 형태의 도광판(126)을 삽입하여 빛이 반응기 전체에 균일하게 전달되도록 하였다. 상기 도광판(126)은 빛의 투과율이 가장 좋은 PMMA (Poly-methylmethacrylate)를 재료로 사용하였고, 그 두께는 6 밀리미터이었다. In addition, a V-cut type
상기 도광판(126) 위에 광원부(125)를 설치하였고, 상기 광원부(125)는 LEDs 램프를 사용하였고, white 색상을 사용하였으며, 광합성에 사용되는 빛의 양을 나타내는 광량은 ~ 250 μmol photon/m2/s 이었다. 상기 LEDs 램프는 bar 형식으로 제작되었고, LED에 공급되는 전원은 모델 FP-60-12 파워공급기를 사용하였으며 (AD & Lighting, Suwon, Kyonggi-Do, Korea), 모든 광원은 위에서 아래로 공급하였다.A
위와 같은 바이오매스 증식장치(100)를 이용하여, 상기 미세조류에 대한 복합 영양물질로서 글리세롤을 전혀 투입하지 않은 경우, 상기 글리세롤을 2 g/L 투입한 경우, 상기 글리세롤을 5 g/L 투입한 경우, 그리고 상기 글리세롤을 10 g/L 투입한 경우 등에 대하여, 각각 실험을 진행하였다. In the case where glycerol was not added as a complex nutrient to the microalgae and the glycerol was added at 2 g / L, the glycerol was added at a rate of 5 g / L using the
<< 광생물반응기(120)에서의 바이오매스의 생산 증가량 >> << Production Increase of Biomass in
본 발명에 의한 상기 바이오매스 증식장치(100)를 작동시키면서, 매일 동일한 시간에 각각의 바이오 매스의 샘플을 채취하였고, 채취된 바이오 매스를 통하여 바이오 매스의 증가량을 산출하였다. 다시 말해서, 매일 동일한 시간에 상기 Chlorella sp.와 Nannochloris sp.와 Botryococcus braunii 의 샘플을 각각 10 mL 씩 채취한 다음, 그 증가량을 살펴보았다. Samples of each biomass were sampled at the same time every day while the
바이오 매스의 증가량을 알 수 있는 미세조류의 건조 질량은 10 mL의 샘플을 GF/C (Watermann, 영국)로 여과한 후, 105 ℃에서 24시간 건조하였고, 건조된 질량을 측정하였다. 바이오 매스의 생산량은 다음과 같은 식으로 산출하였다. The dry weight of microalgae, which can detect the increase in biomass, was measured by filtration of 10 mL of sample with GF / C (Watermann, UK), drying at 105 ° C for 24 hours, and drying mass. The production of biomass was calculated as follows.
P = (X1 - X0) / (t1 - t0) -------------- (식 1) P = (X 1 - X 0 ) / (t 1 - t 0 )
이때, 상기 식에서 P 는 바이오 매스의 생산량 (g/L/day)이고, Where P is the production of biomass (g / L / day)
X1 및 X0 는 각각 t1 및 t0 때의 바이오 매스의 양을 나타낸다. X 1 and X 0 denote the amounts of biomass at t 1 and t 0, respectively.
<< 글리세롤의 투입량과 Chlorella sp.의 생산량의 상관관계 >> << Correlation between the input of glycerol and the production of Chlorella sp. >>
본 발명에 의한 상기 바이오매스 증식장치(100)를 작동시키면서, 상기 광생물반응기(120)의 내부의 시료를 채취하였고, 상기 Chlorella sp.의 생산량의 변화를 살펴보았다. 이를 위하여, 매일 동일한 시간에 상기 Chlorella sp.의 샘플을 채취하였고, 그 결과값을 상기 (식 1)에 의하여 산출하였다. A sample of the inside of the
이러한 실험은 상기 Chlorella sp.에 대하여, 복합 영양소 글리세롤을 전혀 투입하지 않은 경우, 복합 영양소 글리세롤을 2 g/L 비율로 투입한 경우, 복합 영양소 글리세롤을 5 g/L 비율로 투입한 경우, 그리고 복합 영양소 글리세롤을 10 g/L 비율로 투입한 경우로 나누어 각각 살펴보았다. These experiments were performed on the Chlorella sp., When the compound nutrient glycerol was added at a rate of 2 g / L, when the compound nutrient glycerol was added at the rate of 5 g / L, And nutrient glycerol at a rate of 10 g / L.
실험 결과, 실험 5일째까지는 glycerol의 농도가 바이오매스의 양에 미치는 영향은 크지 않았으나, 5일이 지난 후부터는 glycerol의 농도에 따라 바이오매스의 성장은 뚜렷한 차이를 나타내었다. As a result, the concentration of glycerol did not affect the amount of biomass until the 5th day of experiment, but after 5 days, the growth of biomass was significantly different according to the concentration of glycerol.
최대 바이오매스(Chlorella sp.) 양은 glycerol의 0, 2, 5, 10 g/L의 농도에 따라 각각 1.31, 1.61, 1.91 그리고 1.72 g/L를 나타내었다. 따라서, 글리세롤의 농도가 5 g/L 일 경우에, 상기 Chlorella sp.의 바이오매스 양이 가장 좋았다. 상기 Chlorella sp.는 글리세롤을 첨가하지 않은 경우에 비하여, 글리세롤을 5 g/L 의 비율로 투입한 경우에 28.27 % 의 바이오매스 증가량을 보여주었다. The maximum amount of biomass ( Chlorella sp.) Was 1.31, 1.61, 1.91 and 1.72 g / L, respectively, at concentrations of 0, 2, 5 and 10 g / L of glycerol. Therefore, when the concentration of glycerol was 5 g / L, the amount of biomass of Chlorella sp. Was the best. The Chlorella sp. Showed an increase in biomass of 28.27% when glycerol was added at a rate of 5 g / L compared to the case without glycerol.
측정된 결과는 도 4의 도표로 제시되어 있다. The measured results are shown in the table of FIG.
<< 글리세롤의 투입량과 Nannochloris sp.의 생산량의 상관관계 >> << Correlation between the input of glycerol and the yield of Nannochloris sp. >>
위와 동일한 장치 및 방법으로 진행하여, 상기 광생물반응기(120)의 내부의 시료를 채취하였고, 매일 상기 Nannochloris sp.의 생산량의 변화를 살펴보았다. 그 결과값은 역시 상기 (식 1)에 의하여 산출되었다. The same apparatus and method as above were used to sample the inside of the
위와 마찬가지로, 상기 Nannochloris sp.에 대하여, 복합 영양소 글리세롤을 전혀 투입하지 않은 경우, 복합 영양소 글리세롤을 2 g/L 비율로 투입한 경우, 복합 영양소 글리세롤을 5 g/L 비율로 투입한 경우, 그리고 복합 영양소 글리세롤을 10 g/L 비율로 투입한 경우로 나누어 각각 살펴보았다. Similarly, in the case of Nannochloris sp., When the compound nutrient glycerol was not added at all, when the compound nutrient glycerol was added at the rate of 2 g / L, when the compound nutrient glycerol was added at the rate of 5 g / L, And nutrient glycerol at a rate of 10 g / L.
실험 결과, 역시 실험 5일째까지는 glycerol의 농도가 바이오매스의 양에 미치는 영향은 크지 않았으나, 5일이 지난 후부터는 glycerol의 농도에 따라 바이오매스의 성장은 뚜렷한 차이를 나타내었다. As a result of the experiment, the effect of glycerol concentration on the amount of biomass was not significant until the 5th day of experiment, but after 5 days, the growth of biomass was significantly different according to the concentration of glycerol.
Nannochloris sp.도 Chlorella sp.와 비슷하게 5 g/L의 glycerol 농도에서 1.92 g/L로 가장 좋은 바이오매스 성장을 나타내었다. 상기 Nannochloris sp.는 글리세롤을 전혀 사용하지 않은 경우에 비하여, 글리세롤을 5 g/L 의 비율로 사용하였을 때, 최소한 37.5% 더 많은 바이오매스 생산량을 나타내었다. Similar to Chlorella sp., Nannochloris sp. Showed the best biomass growth at 1.92 g / L at a glycerol concentration of 5 g / L. The Nannochloris sp. Showed at least 37.5% more biomass production when glycerol was used at a rate of 5 g / L compared to no use of glycerol.
측정된 결과는 도 5의 도표로 제시되어 있다. The measured results are shown in the diagram of Fig.
<< 글리세롤의 투입량과 Botryococcus braunii 의 생산량의 상관관계 >> << Correlation between the amount of glycerol and the production of Botryococcus braunii >>
위와 동일한 장치 및 방법으로 진행하여, 상기 광생물반응기(120)의 내부의 시료를 매일 채취하면서, 상기 Botryococcus braunii 의 생산량의 변화를 살펴보았다. 채취된 Botryococcus braunii 샘플을 측정하고, 그 결과값을 역시 상기 (식 1)에 의하여 산출하였다. The same apparatus and method as above were used to examine changes in the production amount of Botryococcus braunii while collecting samples of the inside of the
위와 마찬가지로, 상기 Botryococcus braunii 에 대하여, 복합 영양소 글리세롤을 전혀 투입하지 않은 경우, 복합 영양소 글리세롤을 2 g/L 비율로 투입한 경우, 복합 영양소 글리세롤을 5 g/L 비율로 투입한 경우, 그리고 복합 영양소 글리세롤을 10 g/L 비율로 투입한 경우로 나누어 각각 살펴보았다. Similarly, in the case of Botryococcus braunii , when the compound nutrient glycerol was added at a rate of 2 g / L, the compound nutrient glycerol was added at a rate of 5 g / L, And glycerol at a rate of 10 g / L, respectively.
실험 결과, Botryococcus braunii는 상기 Chlorella sp. 및 상기 Nannochloris sp.와는 다른 바이오매스 증식과정을 나타내었다. 상기 Botryococcus braunii는 복합 영양소를 투입하지 않은 경우 1.47 g/L 이었고, 복합 영양소를 2 g/L 투입한 경우에 최대 2.31 g/L 이었으며, 복합 영양소를 5 g/L 투입한 경우에 2.24 g/L 이었으며, 복합 영양소를 10 g/L 투입한 경우에 1.87 g/L 이었다. 따라서, 상기 Botryococcus braunii는 위에서 살펴본 2종류의 미세조류와는 달리 2 g/L 글리세롤 의 농도에서 바이오매스 양이 가장 좋았다. 그러나, 2 g/L 와 5 g/L glycerol의 농도의 바이오매스 양은 크게 차이가 없었다. 상기 Botryococcus braunii 는 글리세롤을 전혀 사용하지 않은 경우에 비하여, 글리세롤을 2 g/L 의 비율로 사용하였을 때,최소한 36.36% 더 많은 바이오매스 생산량을 나타내었다. As a result of the experiment, Botryococcus braunii was isolated from the above-mentioned Chlorella sp. And a biomass proliferation process different from that of Nannochloris sp. The concentration of Botryococcus braunii was 2.47 g / L when the compound nutrient was not added, 2.31 g / L when the compound nutrient was added at 2 g / L, 2.24 g / And 1.87 g / L when 10 g / L of the mixed nutrient was added. Therefore, the Botryococcus braunii showed the best biomass amount at the concentration of 2 g / L glycerol, unlike the above two microalgae. However, there was no significant difference in biomass content between 2 g / L and 5 g / L glycerol. The Botryococcus braunii Showed at least 36.36% more biomass yields when glycerol was used at a rate of 2 g / L, compared to no glycerol at all.
측정된 결과는 도 6의 도표로 제시되어 있다. The measured results are shown in the table of FIG.
이상에서 본 발명에 의한 글리세롤을 이용한 바이오 매스의 증식방법 및 그 장치를 구체적으로 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시양태를 기재한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 그 범위가 결정되어지고 한정되어진다. Although the method and apparatus for growing biomass using glycerol according to the present invention have been described in detail, the present invention is not limited thereto, The range is determined and limited by the range.
또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.
30 : 수위계, 40 : 순환펌프,
50 : 컴퓨터 55 : 측정 센서,
110 : 영양물질 공급조, 112 : 공기 공급조,
120 : 광생물반응기, 122 : 몸체부,
123 : 유입구, 124 : 배출구,
125 : 광원부, 126 : 도광판,30: water gauge, 40: circulation pump,
50: computer 55: measuring sensor,
110: nutrient supply tank, 112: air supply tank,
120: photobioreactor, 122: body part,
123: inlet, 124: outlet,
125: light source part, 126: light guide plate,
Claims (1)
상기 몸체부에 영양물질을 공급하는 영양물질 공급조(110); 및
상기 몸체부에 공기를 공급하는 공기 공급조(112);
를 포함하는 바이오매스 증식장치(100)를 이용하여 바이오매스를 증식시키는 방법으로서,
상기 미세조류의 성장을 촉진시키고 생산량을 향상시키기 위하여 미세조류를 선정하고, 상기 선정된 미세조류는 BG-11 배양용액에서 pH를 7.2 ± 0.3으로 유지하고, 낮 (8h) 밤 (16h) 주기로 배양온도 22℃ ± 2℃를 유지하면서 12일 내지 18일간 증식시켜 미세조류를 수득하는 미세조류의 배양단계와;
상기 미세조류를 상기 바이오매스 증식 장치(100)에 투입하여 성장시키는 미세조류의 영양 성장단계와;
상기 미세조류의 영양 성장단계를 거쳐서 상기 바이오매스 증식 장치(100)에서 성장한 미세조류를 수득하는 미세조류의 수득단계; 를 포함하고,
상기 미세조류는 복수의 미세조류를 이용하고, 상기 복수의 미세조류는 각각 대응되는 복수의 상기 광생물반응기(120)에 투입하고, 외부에서 상기 광생물반응기(120)에 공기를 공급하면서, 복합 영양소로서 글리세롤을 2 g/L ~ 5 g/L 의 비율로 투입하고, 실온에서 10일 내지 20일 동안 혼련시키면서 상기 미세조류를 상기 바이오매스 증식장치(100)를 이용하여 성장시키되,
상기 광생물반응기에 공급되는 공기는 상기 공기 공급조(112)로부터 상기 영양물질 공급조(110)를 통하여 간접적으로 공급되도록 하고,
상기 광원부(125)는 상기 몸체부(122)의 상부에 위치시켜 상기 상부에 위치한 광원부에 의해 발생된 빛을 상기 몸체부(122)의 내부에 균일하게 발산시키도록 V-커팅된 도광판(126)을 몸체부(122) 중앙부에 구비시켜 상기 미세조류에 균일하게 조사시키도록 하며,
상기 도광판의 재질은 PMMA(Poly-methylmethacrylate)를 사용하고, 상기 도광판의 두께는 6mm이고,
상기 미세조류는 클로렐라 (Chlorella sp.)와 나노클로리스 (Nannochloris sp.)와 보트리오코코스 브라우니 (Botryococcus braunii)로 이루어진 그룹 중에서 둘 이상인 것을 특징으로 한, 글리세롤을 이용한 바이오매스의 증식방법.
A light source unit 125 for generating light by an external power source, and a light source unit 125 for continuously supplying nutrients and microalgae present inside the body unit 122 And a computer system 50 for controlling the measuring sensor 55 and the measuring sensor 55 for measuring the state of the aqueous solution in the body part 122, A photobioreactor (120) that allows algae to further enhance the lipid content after absorption by absorbing the nutrient and is installed in at least one or more parallel fashion;
A nutrient supply tank 110 for supplying nutrients to the body portion; And
An air supply tank 112 for supplying air to the body portion;
1. A method for growing biomass using a biomass propagation apparatus (100) comprising:
The microalgae were selected in order to promote the growth of the microalgae and to improve the production. The microalgae were maintained at a pH of 7.2 ± 0.3 in the culture solution of BG-11, cultured at a period of 16 h during the day (8 h) Culturing the microalgae to obtain microalgae by growing them for 12 days to 18 days while maintaining the temperature at 22 占 폚 2 占 폚;
Feeding the microalgae to the biomass propagation apparatus 100 to grow microalgae;
A step of obtaining a microalga to obtain microalgae grown in the biomass propagation apparatus 100 through a nutrient growth step of the microalgae; Lt; / RTI >
The microalgae use a plurality of microalgae, the plurality of microalgae respectively input into a corresponding plurality of the photobioreactors 120, and air is supplied from the outside to the photobioreactor 120, The microalgae are grown using the biomass propagation apparatus 100 while feeding glycerol as a nutrient at a rate of 2 g / L to 5 g / L and kneading at room temperature for 10 to 20 days,
The air supplied to the photobioreactor is indirectly supplied from the air supply tank 112 through the nutrient supply tank 110,
The light source unit 125 is disposed on the upper portion of the body portion 122 and is provided with a V-cut light guide plate 126 to uniformly diffuse the light generated by the light source unit disposed in the upper portion of the body portion 122, Is provided at a central portion of the body portion (122) so as to uniformly irradiate the fine algae,
PMMA (poly-methylmethacrylate) is used as the material of the light guide plate, the thickness of the light guide plate is 6 mm,
Wherein the microalgae is at least two of the group consisting of Chlorella sp., Nannochloris sp., And Botryococcus braunii. 2. A method for growing biomass using glycerol.
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