KR20180000427A - Sequential Operating System of Mineralization Process and Microalgal Cultivation for Mass Reduction of Carbon Dioxide and Production of High-value Products - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for converting carbon dioxide through a mineralization and light cultivation process, and according to the present invention, high-concentration carbon dioxide generated in a power plant or carbon dioxide in combusted exhaust gas is rapidly converted into a carbonate form in large quantities through mineralization, and carbon dioxide, generated through a mineralization reaction of carbon dioxide remaining in a solution and an inorganic carbon source, is continuously utilized in the light cultivation process to show a carbon dioxide reduction effect of 80-90% with additional carbon dioxide reduction through photosynthesis, thereby producing high-value materials such as biofuels, biopolymers, medicines and the like due to the biological conversion of carbon dioxide.

Description

이산화탄소 대량 저감 및 고부가 유용물질 생산을 위한 광물화-미세조류 광배양 연속식 융합 공정 시스템{Sequential Operating System of Mineralization Process and Microalgal Cultivation for Mass Reduction of Carbon Dioxide and Production of High-value Products}[TECHNICAL FIELD] The present invention relates to a process for producing a high-value-added carbon dioxide and a method for producing the same,

본 발명은 광물화 및 광배양 공정을 통한 이산화탄소의 전환방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 (a) 이산화탄소를 액화시켜 탄산이온으로 전환하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 전환된 탄산이온을 함유하는 용액에 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온을 첨가하여 탄산이온을 탄산염으로 전환하여 광물화시키는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 광물화 이후 잔여 탄산이온과 이산화탄소를 배양배지에 첨가한 다음, 미세조류를 광배양하여 바이오매스를 수득하는 단계를 포함하는 광물화 및 광배양 공정을 통한 이산화탄소의 전환방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for converting carbon dioxide through a mineralization and light cultivation process, and more particularly, to a method for converting carbon dioxide into carbon dioxide by liquefying carbon dioxide into carbon dioxide; (b) converting calcium ions into carbonates by adding calcium ions or magnesium ions to the solution containing carbonate ions converted in step (a), thereby mineralizing the carbonate ions; And (c) adding residual carbonate ions and carbon dioxide to the culture medium after mineralization in step (b), followed by photo-culturing the microalgae to obtain a biomass. In the mineralization and light- To a method of switching.

이산화탄소 증가에 따른 지구 온난화 현상이 가속화됨에 따라 이산화탄소 감축을 위해 이산화탄소 포집 및 저장 기술 (CCS, Carbon Capture & Sequestration) 개발이 전 세계적으로 활발히 진행 중에 있다. CCS 기술은 화력발전소를 비롯한 다양한 탄소 배출원에서 방출되는 다량의 이산화탄소를 고농도로 포집한 후 지중이나 해저에 주입하여 대기로부터 격리시키는 방법이다. 이러한 CCS 기술은 단기간에 대량의 이산화탄소를 저감시키는 효과가 있으나, 안정적인 저장 문제, 위치 선정 및 높은 설치비용 등은 국내에서 실질적인 CCS의 현실화를 막는 장애요인이다. 따라서 CCS 기술과 달리 이산화탄소를 저장이 아닌 산업적 용도로 직접 활용하거나 부가가치가 높은 물질로 전환하는 CCU (Carbon Capture & Utilization)가 각광을 받고 있고, 국내에서도 이산화탄소를 다양한 고부가 물질로 전환하는 공정 개발이 시도되고 있다. 그 중에서도 특히, 이산화탄소를 광물의 형태로 저장하는 광물화 (Mineralization)과 미세조류를 활용한 생물학적 전환 공정은 각각의 공정의 장·단점을 상호 보완함으로써 이산화탄소 감축 효과를 증대시키고, 동시에 바이오연료, 바이오플라스틱, 의약품 등의 고부가 물질 생산이 가능하여 고수익 창출이 가능한 경제적인 공정 개발이 가능하다.As the global warming phenomenon accelerates due to the increase of carbon dioxide, the development of carbon capture and sequestration (CCS) has been actively carried out worldwide to reduce carbon dioxide. CCS technology captures large amounts of carbon dioxide emitted from various carbon sources, including thermal power plants, at high concentrations and then injects them into the ground or seabed to isolate them from the atmosphere. This CCS technology has the effect of reducing a large amount of carbon dioxide in a short period of time, but stable storage problem, location selection, and high installation cost are obstacles to realization of practical CCS in Korea. Therefore, unlike CCS technology, CCU (Carbon Capture & Utilization), which directly uses carbon dioxide for industrial purposes rather than storage, or converts it into a substance with high added value, is in the spotlight. In Korea, development of a process for converting carbon dioxide into various high- . Mineralization, which stores carbon dioxide in the form of minerals, and biological conversion processes using microalgae, complement each other's shortcomings and disadvantages, thereby enhancing the effect of reducing carbon dioxide. At the same time, It is possible to produce high value-added materials such as plastics and medicines, thus enabling economical process development that can generate high profit.

광물화는 화학반응을 통해 이산화탄소를 고체 무기물 탄산염으로 전환하는 방법이다. 자연에 존재하는 규산염암 등에 포함된 칼슘 산화물 (CaO), 마그네슘 산화물 (MgO) 등을 활용하여 탄산마그네슘 (MgCO3) 또는 탄산칼슘 (CaCO3)의 탄산염을 생성하여 전환하는 하는 방법이다. 이러한 광물화 반응은 발열반응으로 자연에서도 자연적으로 발생하는데서 착안한 방법으로 광물화된 이산화탄소는 장기간 안정된 상태로 유지될 수 있으며, 잠재적인 이산화탄소 누출에 대한 우려 없이 시멘트, 건축자재, 탄광매립 등에 활용할 수 있다. 광물화는 크게 직접적인 방식과 간접적인 방식으로 나눌 수 있고, 직접적인 방식은 칼슘 또는 마그네슘 성분이 높은 사문석 등 단일 공정에 의하여 탄산화 시키는 방법이다.Mineralization is the conversion of carbon dioxide into solid inorganic carbonates through chemical reactions. (MgCO 3 ) or calcium carbonate (CaCO 3 ) carbonate using calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO) or the like contained in natural silicate cancer and the like. Mineralized carbon dioxide can be maintained in a stable state for a long time and can be utilized for cement, building materials, coal mine landfill, etc. without concern about potential carbon dioxide leaks. have. Mineralization can be largely divided into direct and indirect methods, and the direct method is carbonated by a single process such as high-calcium or magnesium-rich serpentine.

이러한 방법은 공정은 간단하지만 생성물의 순도가 낮고, 고체에 직접적으로 반응시켜야하기 때문에 고온/고압의 조건에서 반응시켜야 하며 고순도의 이산화탄소가 요구되어 경제적인 공정 구축이 어려워 대규모로 상용화시키기 어렵다. 이와 달리 간접적인 방식은 이산화탄소를 액화시켜 용액 내에서 칼슘 이온 (Ca2+) 또는 마그네슘 이온 (Mg2+)을 넣어 탄산염을 생성하는 방식으로 직접적인 방식에 비해 추가적인 공정이 필요하지만, 반응속도가 빠르고, 생성물의 순도가 높다. 따라서 가장 널리 사용되는 방식이고, 공정의 경제성을 높이기 위하여 반응의 pH를 pH7~pH9 사이로 유지하는 것이 중요하고, 이를 위해 가성소다 (NaOH)를 사용하며 염수의 전기분해를 통해 공급된다. 이산화탄소의 광물화는 대량의 이산화탄소를 빠르고 쉽게 처리할 수 있으며, 열역학적으로 안정화된 탄산염의 형태로 장기간 보존할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 하지만 광물화를 통한 고부가 물질 생산이 어려워 전기분해 등에 사용되는 공정의 경제성을 맞추기 어렵다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 미세조류를 활용한 생물학적 전환 공정과의 융합이 요구된다.Such a process is simple but requires low purity of the product and must be reacted directly with the solid. Therefore, it is required to react at high temperature / high pressure and high-purity carbon dioxide is required, which makes it difficult to construct an economical process. In contrast, an indirect method requires liquefaction of carbon dioxide to generate carbonate by adding calcium ions (Ca 2+ ) or magnesium ions (Mg 2+ ) in the solution, which requires an additional process as compared with the direct method. However, , The purity of the product is high. Therefore, it is the most widely used method. It is important to maintain the pH of the reaction between pH 7 and pH 9 in order to increase the economical efficiency of the process. It is supplied through electrolysis of salt water using caustic soda (NaOH). Mineralization of carbon dioxide has the advantage that it can treat large amounts of carbon dioxide quickly and easily, and can be stored for a long time in the form of a thermodynamically stabilized carbonate. However, since it is difficult to produce high-value-added materials through mineralization, it is difficult to match the economical efficiency of the process used for electrolysis. In order to overcome these disadvantages, it is required to be integrated with biological conversion process using microalgae.

조류(algae)는 육상식물을 제외하고, 이산화탄소와 태양광을 활용하여 광합성을 통한 성장이 가능한 광합성 생물의 통칭으로, 5 μm 크기의 클라미도모나스 (Chlamydomonas), 클로렐라 (Chlorella)와 같은 미세조류 (microalgae)에서부터 미역, 우뭇가사리와 같은 거대조류 (macroalgae)로 나눌 수 있다. 특히 미세조류는 이산화탄소를 광합성을 통해 바이오연료, 바이오폴리머, 의약품 등 고부가가치 물질로 전환이 가능하고, 수송용 석유를 대체 할 수 있는 차세대 생물자원으로 각광을 받고 있다. 또한 미세조류 기반의 바이오디젤은 경유와 비교하여 세탄가, 열량, 점도 및 상변화 특성이 유사하여 경유와 혼합하여 사용하면 특정 개조 없이 쉽게 보급이 가능하다. 또한, 1톤의 바이오디젤을 미세조류를 통해 생산하면 2.2-2.8톤의 이산화탄소 감축 효과가 있어 세계 및 국내 신·재생 에너지혼합의무화 (RFS, Renwable Fuel Standard) 제도와도 부합하여 청정 에너지원을 생산 가능하다. 미세조류는 식물에 비해 성장속도가 빠르고, 1세대 바이오연료인 콩, 옥수수, 유채씨 등에 비하여 단위면적당 바이오매스 생산성이 20-100배 이상 높은 특징을 가지고, 해상이나 황무지를 통해 대량 배양이 가능하며, 하수, 해수 폐수 등 다양한 수자원을 활용할 수 있다. 특히, 화력발전소와 같은 탄소 배출원에서 나오는 연소 배기가스를 직접적으로 세포 배양에 활용할 수 있다는 장점이 있어 이산화탄소 저감을 위한 공정 개발이 전 세계적으로 수행 중에 있다. Algae is a group of photosynthetic organisms that can grow through photosynthesis by utilizing carbon dioxide and sunlight, except for land plants. It is composed of 5 μm sized micro-algae such as Chlamydomonas and Chlorella microalgae, and seaweed, macroalgae, such as waterweed. In particular, microalgae can be converted into high-value-added materials such as biofuels, biopolymers, and pharmaceuticals through photosynthesis, and is attracting attention as a next-generation biomass that can replace petroleum for transportation. In addition, micro-algae-based biodiesel has similar cetane number, calorific value, viscosity and phase change characteristics compared with light oil, so it can be easily supplied without mixing with light oil. In addition, production of 1 tonne of biodiesel through microalgae produces 2.2-2.8 tons of carbon dioxide, resulting in a clean energy source in line with the world's and domestic new and renewable energy standards (RFS, Renewable Fuel Standard) system. It is possible. Microalgae have a higher growth rate than plants and have 20-100 times higher biomass productivity per unit area than first-generation biofuels such as soybean, corn and rape seeds, and can be cultivated in large quantities through marine or wasteland , Sewage, and seawater wastewater. Particularly, since the combustion exhaust gas from a carbon source such as a thermal power plant can be directly used for cell culture, a process for reducing carbon dioxide is being developed all over the world.

미세조류의 배양 방법은 크게 개방형 연못 (Open pond)과 광생물반응기 (Photobioreactor)로 나눌 수 있다. 개방형 연못 배양시스템은 초기 투자비와 운영비용이 낮아 가장 널리 활용되고 있는 방식으로 효율적인 빛 전달을 위해 반응기 깊이는 0.3m 정도로 콘크리트, 플라스틱 등의 재질로 제작되고, 수차를 활용하여 배양액의 순환 및 미세조류의 침강을 방지한다. 그러나 외부로 노출되어 있어 오염, 온도제어, 낮은 생산성 등이 문제가 되며, 공급해주는 이산화탄소의 대부분이 대기 중으로 손실되는 단점이 있다. 광생물 반응기는 폐쇄된 형태의 반응기로 미세조류 바이오매스 생산성이 높고, 안정적인 관리가 가능하며 개방형 연못 시스템에 비해 초기투자 및 운영비용이 높은 특징이 있다. 광생물반응기는 경제적인 공정 개발을 위해 반응기는 플라스틱, 비닐 등의 다양한 재질로 제작된다.The cultivation method of microalgae can be divided into open pond (open pond) and photobioreactor (photobioreactor). The open pond culture system is the most widely used method because it has low initial investment cost and operating cost. For effective light transmission, the depth of the reactor is about 0.3m and it is made of concrete or plastic material. Using the aberration, To prevent sedimentation. However, since it is exposed to the outside, pollution, temperature control, low productivity, and the like are caused, and most of the supplied carbon dioxide is lost to the atmosphere. The photobioreactor is a closed type reactor. It has high microalgae biomass productivity, stable management and high initial investment and operation cost compared to open pond system. The photobioreactor is made of various materials such as plastic, vinyl, etc. for economical process development.

미세조류 생물공정의 경우, 이산화탄소를 바이오디젤, 바이오폴리머, 의약품, 건강식품, 천연색소 등 다양한 고부가가치 물질로 전환이 가능하고, 태양광을 활용하여 추가적인 에너지 투입이 없어 저비용의 경제성을 갖춘 공정 개발이 가능하다는 장점을 가진다. 하지만, 광합성 생물이 가진 광합성 효율 및 이산화탄소 전환 효율이 낮은 한계성으로 인하여 일반적으로 5% 이내의 CO2를 배양에 활용할 수 있고, 공급되는 양의 최대 10-20%만 바이오매스화 시킬 수 있어서 CO2 감축효과가 낮은 단점이 있다. 따라서 앞서 언급된 이산화탄소 광물화 공정과의 연결을 통하여 이산화탄소 전환 효율을 극대화 시키고, 더불어 고부가 물질 생산을 통한 경제성을 확보함으로써 현실적 상용화가 가능한 융합 공정의 개발이 필요한 실정이다.In the case of microalgae bioprocessing, it is possible to convert carbon dioxide into a variety of high value-added substances such as biodiesel, biopolymers, pharmaceuticals, health foods and natural pigments. . However, in photosynthetic organisms capable of photosynthesis efficiency and carbon conversion efficiency and take advantage of culture in general, the CO 2 of 5% due to the lower limitation, up to 10-20% of the amount of biomass supplied only angry with CO 2 There is a drawback that the reduction effect is low. Therefore, it is necessary to develop a fusion process capable of realizing commercialization by maximizing carbon dioxide conversion efficiency through connection with the above-mentioned carbon dioxide mineralization process, and securing economical efficiency through production of high value-added materials.

이에, 본 발명자들은 이산화탄소를 보다 효율적으로 전환하는 방법을 개발하고자 예의 노력한 결과, 고농도로 포집된 이산화탄소를 NaOH를 이용하여 탄산이온으로 액화시킨 후, 탄산염으로 전환하여, 광물화를 수행하고, 잔여 탄산이온을 미세조류를 이용한 광배양을 통해 바이오매스로 전환하는 경우, 보다 효율적으로 이산화탄소를 전환할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다. Therefore, the present inventors have made intensive efforts to develop a method for more efficiently converting carbon dioxide. As a result, they have found that carbon dioxide captured at a high concentration is liquefied with carbonic acid ions using NaOH, then converted into carbonates to perform mineralization, It has been confirmed that carbon dioxide can be converted more efficiently when the ions are converted into biomass through optical culture using microalgae, and the present invention has been completed.

본 발명의 목적은 이산화탄소 전환 효율을 증대시키고, 동시에 이산화탄소로부터 고부가 물질 생산이 가능한 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method capable of increasing the conversion efficiency of carbon dioxide and simultaneously producing a high-value-added material from carbon dioxide.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 이산화탄소를 액화시켜 탄산이온으로 전환하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 전환된 탄산이온을 함유하는 용액에 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온을 첨가하여 탄산이온을 탄산염으로 전환하여 광물화시키는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 광물화 이후 잔여 탄산이온과 이산화탄소를 배양배지에 첨가한 다음, 미세조류를 광배양하여 바이오매스를 수득하는 단계를 포함하는 광물화 및 광배양 공정을 통한 이산화탄소의 전환방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing carbon dioxide, comprising the steps of: (a) liquefying carbon dioxide into carbonate ion; (b) converting calcium ions into carbonates by adding calcium ions or magnesium ions to the solution containing carbonate ions converted in step (a), thereby mineralizing the carbonate ions; And (c) adding residual carbonate ions and carbon dioxide to the culture medium after mineralization in step (b), followed by photo-culturing the microalgae to obtain a biomass. In the mineralization and light- To provide a method of switching.

본 발명에 따르면, 발전소에서 발생하는 고농도 이산화탄소 혹은 연소 배기가스 내 이산화탄소를 광물화를 통해 대량으로 탄산염 형태로 고속 전환하고, 용액 내 남아있는 이산화탄소 및 무기탄소원과 광물화 반응을 통해 생성되는 이산화탄소를 미세조류 광배양 공정에 연속적으로 활용함으로써 광합성을 통한 추가적인 이산화탄소 감축으로, 80-90%이상의 이산화탄소 감축 효과를 나타내며, 이산화탄소의 생물학적 전환으로 인한 바이오연료, 바이오폴리머, 의약품 등의 고부가 물질을 생산할 수 있다. According to the present invention, a high concentration of carbon dioxide generated in a power plant or carbon dioxide in a combustion exhaust gas is rapidly converted into a carbonate form in a large amount through mineralization, and the carbon dioxide and inorganic carbon source remaining in the solution and the carbon dioxide By continuous use in algae light cultivation process, additional carbon dioxide reduction through photosynthesis can produce more than 80-90% carbon dioxide reduction effect, and it can produce high value-added materials such as biofuels, biopolymers and pharmaceuticals due to bioconversion of carbon dioxide.

도 1은 이산화탄소 대량 전환 및 고부가 물질 생산을 위한 광물화 및 미세조류 광배양 융합 공정의 모식도이다.
도 2는 고농도 이산화탄소를 물에 액화시킬 때 시간에 따른 용액 내 pH 변화와 탄소원의 형태를 보여주는 그래프이다.
도 3A는 1M 탄산수소나트륨 (NaHCO3) 용액에 염화칼슘(CaCl2)을 농도별로 첨가하여 유도된 광물화 반응을 통하여 수득된 탄산칼슘(CaCO3)의 사진이다. 도 3B는 1M 탄산수소나트륨 용액에 농도별 염화칼슘을 첨가하여 전환된 이산화탄소의 전환율을 나타낸 그래프이다.
도 4A는 미세조류 네오클로리스 올레오아번단스 (Neochloris oleoabundans)의 현미경 이미지와 용액 내 중탄산 이온의 농도에 따른 미세조류의 성장을 보여주는 사진이다. 도 4B는 용액 내 중탄산 이온의 농도에 따른 미세조류의 성장성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 배양액 내의 중탄산 이온 농도에 따른 미세조류의 바이오매스 생산성과 미세조류 광배양을 통한 CO2 전환율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 미세조류 광배양을 통한 바이오매스 분리 후 남은 용액에 염화칼슘 추가적 첨가에 따른 이산화탄소 전환율 변화를 나타낸 그래프이다.
FIG. 1 is a schematic diagram of a mineralization and microalgae light culture fusion process for mass conversion of carbon dioxide and production of high value added materials.
FIG. 2 is a graph showing the pH change in solution and the shape of a carbon source with time when liquefying high-concentration carbon dioxide into water.
3A is a photograph of calcium carbonate (CaCO 3 ) obtained through mineralization induced by adding calcium chloride (CaCl 2 ) to a 1 M sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) solution at various concentrations. 3B is a graph showing conversion rates of converted carbon dioxide by adding calcium chloride to 1M sodium hydrogen carbonate solution at different concentrations.
FIG. 4A is a photograph showing the microscopic image of the microalgae Neochloris oleoabundans and the growth of microalgae according to the concentration of bicarbonate ions in the solution. FIG. 4B is a graph showing the growth potential of microalgae according to the concentration of bicarbonate ions in the solution.
FIG. 5 is a graph showing biomass productivity of microalgae according to concentration of bicarbonate ions in the culture medium and CO 2 conversion rate through microalgae light culture. FIG.
FIG. 6 is a graph showing changes in carbon dioxide conversion according to the addition of calcium chloride to the solution remaining after biomass separation through microalgae light culture.

본 발명자들은 이산화탄소의 대량 저감을 위해 탄산염을 생성하는 광물화 공정과 광합성 미세조류의 고밀도 배양 공정을 순차적으로 연결하여 융합함으로써 이산화탄소 감축 효과를 증대시키고, 광물화로 인한 탄산염과 미세조류 배양을 통해 생산되는 고부가 물질 (바이오폴리머, 바이오연료, 의약품 등) 생산을 통한 경제적 융합 공정 시스템을 개발하고자 하였다.The inventors of the present invention have found that, in order to reduce a large amount of carbon dioxide, a mineralization process for producing carbonates and a high density culture process for photosynthetic microalgae are successively connected to each other to increase the effect of reducing carbon dioxide and to produce carbonates and microalgae And to develop an economical fusion process system through the production of high value added materials (biopolymers, biofuels, medicines, etc.).

따라서, 본 발명은 (a) 이산화탄소를 액화시켜 탄산이온으로 전환하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 전환된 탄산이온을 함유하는 용액에 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온을 첨가하여 탄산이온을 탄산염으로 전환하여 광물화시키는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 광물화 이후 잔여 탄산이온과 이산화탄소를 배양배지에 첨가한 다음, 미세조류를 광배양하여 바이오매스를 수득하는 단계를 포함하는 광물화 및 광배양 공정을 통한 이산화탄소의 전환방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention provides a method for producing carbon dioxide, comprising: (a) liquefying carbon dioxide to convert it to carbonate ion; (b) converting calcium ions into carbonates by adding calcium ions or magnesium ions to the solution containing carbonate ions converted in step (a), thereby mineralizing the carbonate ions; And (c) adding residual carbonate ions and carbon dioxide to the culture medium after mineralization in step (b), followed by photo-culturing the microalgae to obtain a biomass. In the mineralization and light- To a method of switching.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계의 이산화탄소의 액화는 0.1~0.3M의 NaOH 또는 Ca(OH)2를 첨가하여 수행하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 액화 용액은 pH를 7~9로 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the liquefaction of the carbon dioxide in the step (a) may be performed by adding 0.1 to 0.3 M of NaOH or Ca (OH) 2 , and the liquefied solution is maintained at a pH of 7 to 9 .

본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계로 수득된 탄산염을 분리하는 단계를 추가로 수행할 수 있으며, 상기 광배양은 광생물반응기에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the step of separating the carbonate obtained in the step (b) may be further performed, and the light amount may be performed in a photobioreactor.

본 발명에 있어서, (d) 상기 바이오매스가 제거된 용액 내에 잔여 탄산이온을 탄산염으로 전환하여 2차 광물화하는 단계를 추가로 함유하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, (d) further comprises a step of secondary mineralization by converting the residual carbonate ion into a carbonate in the solution from which the biomass has been removed.

본 발명의 광배양에 사용가능한 미세조류로는 네클로리스(Neochloris sp.), 클로렐라(Chlorella sp.), 클로로코쿰(Chlorococcum sp.), 스피루리나(Spirulina sp.), 헤마토코쿠스(Haematococcus sp.), 네오스폰지오코쿰(Neospongiococcum sp.), 세네데스무스(Scenedesmus sp.), 두날리엘라(Dunaliella sp.), Thaustochytrids 등을 예를 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 이산화탄소를 바이오매스로 전환하는 능력을 가지는 미세조류라면 제한 없이 사용가능하다. Examples of microalgae that can be used in the optical culture of the present invention include Neochloris sp., Chlorella sp., Chlorococcum sp., Spirulina sp., Haematococcus sp. ), Neospongiococcum sp., Scenedesmus sp., Dunaliella sp., Thaustochytrids, and the like, but are not limited thereto. Generally, carbon dioxide is used as biomass Can be used without limitation.

본 발명의 일양태에서는 고농도로 포집된 이산화탄소 또는 연소 배기가스 내 이산화탄소를 중탄산이온 (HCO3 -) 또는 탄산이온 (CO3 2-) 형태로 액화시키고, 가성소다 (NaOH)를 포함 염기성 용액을 첨가하여 용액 내 pH를 pH 7~ 9 범위 내로 유지하면서, 칼슘 이온 (Ca2+) 또는 마그네슘 이온 (Mg2+)을 첨가하여 탄산이온을 탄산염 ((Ca/Mg)CO3)으로 전환하여, 이산화탄소를 광물화시켰으며, 상기 광물화를 통하여 생성된 탄산염을 분리하고, 분리된 용액 및 광물화 반응 시 생성되는 이산화탄소를 확보하여, 분리된 용액 및 기상의 이산화탄소를 미세조류 배양용 광생물반응기로 주입하여, 광물화 및 미세조류 광배양 공정을 연속식으로 연결하는 방법을 구축하였다. In an embodiment of the present invention, carbon dioxide in a highly concentrated carbon dioxide or combustion exhaust gas is liquefied in the form of bicarbonate ion (HCO 3 - ) or carbonate ion (CO 3 2- ), basic solution containing caustic soda (NaOH) (Ca / Mg) CO 3 ) by adding calcium ions (Ca 2+ ) or magnesium ions (Mg 2+ ) while maintaining the pH in the solution within the range of pH 7 to 9, , The carbonate produced through the mineralization is separated, the separated solution and the carbon dioxide produced in the mineralization reaction are secured, and the separated solution and the carbon dioxide in the gaseous phase are injected into the photobioreactor for microalgae culture , And a method of continuous connection of mineralization and microalgae light cultivation process was constructed.

또한, 본 발명의 다른 양태에서는 광물화 공정 이후 발생 또는 남아있는 이산화탄소 및 용액 내 무기탄소원 (중탄산이온, 탄산이온)을 이용하여, 미세조류를 배양하여 바이오매스를 생성시키고, 고부가 2차 대사산물 (항산화물질, 지질 등)의 생성을 유도하고, 이를 추출하여, 미세조류를 이용하여 이산화탄소를 고부가 자원으로 전환할 수 있다.In another embodiment of the present invention, microalgae are cultivated to produce biomass by using carbon dioxide generated and remaining after the mineralization process and inorganic carbon sources (bicarbonate ion, carbonate ion) in the solution, and high-valued secondary metabolites Antioxidants, lipids, etc.), and extracts them to convert carbon dioxide into high-value resources using microalgae.

본 발명이 또다른 양태에서는 미세조류 배양 공정 이후, 추가적으로 이산화탄소 감축 효과를 증대시키기 위하여, 배양용액에 대하여 2차 광물화 공정 연계하는 방법; 미세조류 수확 이후 배양액 내 pH 조절 단계; 용액에 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온 첨가 단계; 탄산염 생성 단계; 탄산염 분리 단계를 수행할 수 있다. In another aspect of the present invention, there is provided a method of linking a culture solution to a secondary mineralization process, in order to further increase the effect of reducing carbon dioxide after a microalgae culture process; Adjusting pH in the culture medium after microalgae harvesting; Adding a calcium ion or a magnesium ion to the solution; A carbonate generating step; A carbonate separation step can be performed.

본 발명의 또 다른 양태에서는 미세조류 광배양 공정 이후에 용액 내 남아있는 이산화탄소의 전환율을 극대화 시키고자 2차 광물화 공정을 진행함으로써, 80%이상의 이산화탄소 전환이 가능한 것을 확인하였다. In another embodiment of the present invention, it is confirmed that carbon dioxide conversion of 80% or more can be achieved by conducting a secondary mineralization process in order to maximize the conversion rate of carbon dioxide remaining in the solution after the microalgae light cultivation process.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

실시예 1: 고농도로 포집된 이산화탄소의 액화 과정Example 1: Liquefaction process of carbon dioxide collected at a high concentration

고농도 포집된 대량의 이산화탄소를 고속으로 처리하기 위하여 이산화탄소를 용액 내 액화시키는 공정을 진행하였다. 우선, 기상의 이산화탄소가 물에 액화되면, 용액 내에서 탄산 (H2CO3)의 형태로 존재하면서 용액 내 pH가 낮아지게 된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 이산화탄소의 액화를 위하여 우선 염기성을 나타내는 가성소다 (NaOH) 0.1M을 첨가하여 pH13이상의 고알칼리로 만들었다.In order to treat a large amount of carbon dioxide captured at a high concentration at a high speed, a process of liquefying carbon dioxide into the solution was carried out. First, when the gaseous carbon dioxide is liquefied in water, it is present in the form of carbonic acid (H 2 CO 3 ) in the solution and the pH in the solution is lowered. As shown in Fig. 1, 0.1M of caustic soda (NaOH) showing basicity was first added to make a high alkali of pH 13 or more for liquefaction of carbon dioxide.

이후, 고순도 이산화탄소를 100ml/분의 속도로 주입하여 용액 내 pH변화를 측정하였다. 또한, 용액 분석을 통해 무기탄소원의 형태 및 분율을 분석하였다. 이산화탄소의 액화와 동시에 pH는 낮아지고, pH 10-pH 14에서는 주로 탄산이온 (CO3 2-)의 형태로, pH 8-pH 10에서는 주로 중탄산 이온 (HCO3 -)의 형태로 존재하며, 그 이하의 pH에서는 주로 이산화탄소의 형태로 존재하는 것을 확인할 수 있다. Subsequently, high purity carbon dioxide was injected at a rate of 100 ml / min to measure the pH change in the solution. In addition, the form and fraction of the inorganic carbon source were analyzed through solution analysis. The pH is lowered at the same time as the liquefaction of carbon dioxide, and mainly exists in the form of carbonate ion (CO 3 2- ) at pH 10-pH 14 and mainly in the form of bicarbonate ion (HCO 3 - ) at pH 8- It can be confirmed that it exists mainly in the form of carbon dioxide at the following pH.

광물화를 위해서는 용액 내에서 이산화탄소가 탄산이온 혹은 중탄산 이온의 형태로 녹아 있어야 칼슘이온 혹은 마그네슘 이온과의 반응을 통해 탄산염으로 광물화가 가능하므로 용액 내 pH를 pH 7-9 사이로 유지시켜야하며, 이를 위하여 0.1M~0.3M의 NaOH를 주기적으로 첨가하여, 용액 내의 pH를 유지시켰다.  For mineralization, carbon dioxide must be dissolved in the form of carbonate or bicarbonate ions in the solution so that it can be mineralized to carbonates through reaction with calcium ions or magnesium ions, so the pH in the solution should be maintained between pH 7-9. 0.1 M to 0.3 M NaOH was added periodically to maintain the pH in the solution.

실시예 2: 용액 내 고농도 이산화탄소의 1차 광물화 반응Example 2: Primary mineralization of high concentration carbon dioxide in solution

실시예 1의 방법으로 고농도 이산화탄소를 물에 액화시킨 후, 칼슘이온 혹은 마그네슘이 포함된 용액을 첨가하여 1차 광물화를 진행하였다. 우선, 광물화를 통한 이산화탄소 전환율을 계산하기 위하여, 이산화탄소가 액화된 형태인 중탄산 이온을 이용하여 실시하였다. 1M의 탄산수소나트륨 용액을 제작한 뒤, 광물화를 위하여 각각 100mM, 250mM, 500mM 및 1000 mM의 염화칼슘 용액을 준비하여 혼합하였다. 이때 광물화의 반응은 다음 (1)과 같고, 광물화 반응을 이 한 가지 반응으로 제한하는 것은 아니다. High-density carbon dioxide was liquefied in water by the method of Example 1, and a solution containing calcium ion or magnesium was added to proceed primary mineralization. First, in order to calculate the carbon dioxide conversion rate through mineralization, bicarbonate ion, which is a liquefied carbon dioxide, was used. 1M sodium hydrogencarbonate solution was prepared, and 100 mM, 250 mM, 500 mM and 1000 mM calcium chloride solutions were prepared and mixed for mineralization, respectively. At this time, the mineralization reaction is as follows (1), and does not limit the mineralization reaction to one reaction.

Figure pat00001
(1)
Figure pat00001
(One)

상기 반응식(1)에 나타나나 바와 같이, 상기 반응을 통하여 탄산염의 생성과 동시에 이산화탄소가 발생하게 된다. 아울러, 도 3a에 나타난 바와 같이, 첨가하는 염화칼슘의 농도에 따라 생성되는 탄산염의 생성이 증가할 수 있으므로, 염화칼슘 농도 조절을 통해 광물화 반응 정도를 조절할 수 있다. 도 3b에는 이러한 1차 광물화를 통해 전환되는 이산화탄소의 전환율을 나타내었으며, 상기 반응식(1)에서 나타난 바와 같이, 1M의 탄산수소나트륨은 0.5M의 염화칼슘과 완전히 반응하므로, 1M 이상의 염화칼슘 농도에서 생성되는 탄산칼슘의 양은 0.5M의 염화칼슘 용액을 이용한 광물화 반응의 결과 생성되는 탄산칼슘의 양과 거의 차이가 없음을 확인할 수 있다. 또한 광물화를 통해 최대 50%의 이산화탄소가 전환됨을 확인할 수 있다. As shown in Reaction Scheme (1), carbon dioxide is generated simultaneously with the formation of carbonate through the reaction. In addition, as shown in FIG. 3A, since the production of carbonates generated according to the concentration of added calcium chloride can be increased, the degree of mineralization can be controlled by adjusting the calcium chloride concentration. FIG. 3b shows the conversion rate of carbon dioxide converted through this primary mineralization. As shown in the above reaction formula (1), 1M sodium hydrogencarbonate is completely reacted with 0.5M calcium chloride, and is produced at a calcium chloride concentration of 1M or more The amount of calcium carbonate is almost the same as the amount of calcium carbonate produced as a result of mineralization using 0.5 M calcium chloride solution. It is also confirmed that up to 50% of carbon dioxide is converted through mineralization.

실시예 3: 미세조류의 중탄산 이온 농도에 따른 성장 분석Example 3: Growth analysis of microalgae according to bicarbonate ion concentration

실시예 2의 1차 광물화 반응 이후, 용액을 활용한 미세조류 광배양 공정을 실시하기 위하여, 미세조류의 중탄산 이온 농도에 따른 성장성과 내성 분석을 실시하였다.After the primary mineralization of Example 2, growth and tolerance analysis of microalgae was carried out according to the concentration of bicarbonate ions in order to carry out the microalgae light cultivation process using the solution.

광배양에 사용한 균주는 Neochloris oleoabundans (UTEX1185)로 지질 생산성이 높아 산업적으로 널리 활용되는 대표적 균주이다(도 4a). 배양액 내 중탄산 이온의 농도에 따른 미세조류의 성장을 확인하였으며, 미세조류의 성장은 800nm 파장에서의 흡광도를 통해 측정하여 확인하였다(도 4b). 배양에 사용한 배지는 TAP-C 배지이고, 그 성분은 표 1에 나타내었다.The strain used for light culture is Neochloris oleoabundans (UTEX1185), which is a representative strain that is widely used industrially because of its high lipid productivity (Fig. 4A). The growth of microalgae was confirmed by the concentration of bicarbonate ions in the culture, and the growth of microalgae was confirmed by measuring the absorbance at 800 nm wavelength (FIG. 4B). The medium used for the culture was TAP-C medium, and the components thereof are shown in Table 1.

TAP-C 배지 구성성분TAP-C medium components TAP-C MediumTAP-C Medium 성분ingredient 함량 (in 1L water)Content (in 1L water) TAP salts (in 1L water)TAP salts (in 1 L water) 25 ml25 ml NH₄Cl 15.0 g
MgSO₄·7H₂0 4.0 g
CaCl₂·2H₂O 2.0 g
NH4Cl 15.0 g
4.0 g < RTI ID = 0.0 >
2.0 g < RTI ID = 0.0 >
Phosphate solution (in 100 ml water)Phosphate solution (in 100 ml water) 0.375 ml0.375 ml K₂HPO₄ 28.8 g
KH₂PO₄ 14.4 g
K2HPO4 28.8 g
KH 2 PO 4 14.4 g
Hutner's trace elementsHutner's trace elements 1.0 ml1.0 mL EDTA disodium salt 50 g (250 ml water)
ZnSO₄·7H₂O 22 g (100 ml water)
H₃BO₃ 11.4 g (200 ml water)
MnCl₂·4H₂O 5.06 g (50 ml water))
CoCl₂·6H₂O 1.61 g (50 ml water)
CuSO₄·5H₂O 1.57 g (50 ml water)
(NH₄)6Mo7O₂₄·4H₂O 1.10 g (50 ml water)
FeSO₄·7H₂0 4.99 g (50 ml water)
EDTA disodium salt 50 g (250 ml of water)
ZnSO4 占 H2O 22 g (100 ml water)
H3BO3 11.4 g (200 ml of water)
5.06 g (50 ml of water) of MnCl 2 .4H 2 O)
CoCl 2 揃 6H 2 O 1.61 g (50 ml water)
1.57 g of CuSO4 占 H2O (50 ml of water)
(NH₄) 6 Mo 7 O₂₄ · 4H₂O 1.10 g (50 ml water)
4.99 g of FeSO4 占 H2O (50 ml of water)
Tris baseTris base 2.42 g2.42 g HClHCl 1.0 ml1.0 mL

상기 TAP-C 배지 내 중탄산 이온이 0mM, 2mM, 5mM, 10mM, 15mM, 20mM, 50mM 및 100mM 포함된 배지를 각각 제작한 후, 미세조류를 접종하여 3일간 광도 100 μE/m2/s, 온도 23℃에서 배양하였다. 그 결과, Neochloris oleoabundans는 100mM의 중탄산 이온의 배지에서 가장 높게 성장하였으며 0.1~0.2M의 중탄산 이온에 대한 내성이 있는 것을 확인하였다. 미세조류 광배양을 통한 이산화탄소 전환율을 분석하기 위하여 7일간의 배양 후, 원심분리(3000rpm, 10분)를 통해 세포와 배양액을 분리하여, 세포의 건조중량을 측정하고, 분리된 세포배양액 내 CO2를 CO2분석기를 통해 추가로 측정하였다. Medium containing bicarbonate ions of 0, 2, 5, 10, 15, 20, 50 and 100 mM in the TAP-C medium was inoculated and microalgae were inoculated for 3 days at a light intensity of 100 μE / m 2 / And cultured at 23 ° C. As a result, Neochloris oleoabundans showed the highest growth rate in medium of 100 mM bicarbonate ion and 0.1 ~ 0.2M bicarbonate ion tolerance. In order to analyze the conversion of CO 2 through microalgae culture, cells were cultured for 7 days and centrifuged (3000 rpm, 10 minutes) to separate the cells. The dry weight of the cells was measured, and CO 2 Were further measured via a CO 2 analyzer.

그 결과, 도 5에 나타난 바와 같이, 미세조류 성장을 통해 바이오매스로 고정되는 이산화탄소의 효율은 약 10% 내외로 확인된다. 이러한 결과는 공정의 최적화 또는 스케일 업을 통해 향상될 수 있으며, 광생물반응기 규모 또는 디자인에 따라 더욱 향상될 수 있다. As a result, as shown in FIG. 5, the efficiency of carbon dioxide fixed by biomass through microalgae growth is about 10%. These results can be improved through process optimization or scaling up and can be further enhanced by the photobioreactor scale or design.

실시예 4: 미세조류 광배양 후 2차 광물화 공정Example 4: Secondary mineralization process after microscopic algae light cultivation

1차 광물화 공정을 통해 약 50%의 이산화탄소를 전환하고, 이어지는 미세조류 광배양을 통해 추가적인 10%의 이산화탄소 전환을 실시하였으나, 여전히 세포배양액 내 중탄산 이온 혹은 탄산 이온의 형태로 다량 함유되어 있어 2차 광물화 공정의 연계를 통하여 추가적인 이산화탄소 저감 공정을 진행할 수 있다. In the first mineralization process, about 50% of carbon dioxide was converted, followed by 10% of carbon dioxide conversion through optical culture of microalgae, but it was still contained in the form of bicarbonate ion or carbonate ion in the cell culture medium. The additional carbon dioxide reduction process can be carried out through the linkage of the mining process.

이를 위하여 7일간 배양된 미세조류 배양액을 원심분리를 통하여 분리한 뒤, 각각 100mM, 200mM, 300mM 및 400 mM의 염화칼슘 수용액을 각각의 반응에 첨가하여 광물화 반응을 진행하였다. 이때, 광물화를 위해 첨가하는 용액은 염화칼슘 수용액으로 한정하는 것은 아니다. For this purpose, the microalgae cultured for 7 days were separated by centrifugation, and the mineralization was carried out by adding 100 mM, 200 mM, 300 mM and 400 mM aqueous calcium chloride solution to each reaction. In this case, the solution to be added for mineralization is not limited to an aqueous solution of calcium chloride.

그 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이, 2차 광물화 반응을 통하여 남아 있는 CO2에 대하여 최대 약 25%를 추가로 탄산염의 형태로 전환할 수 있었으며, 이로 인해 1차 광물화-미세조류 광배양-2차 광물화의 연속적 융합 공정을 통해 약 85%이상의 이산화탄소를 전환이 가능한 것을 입증할 수 있다. As a result, as shown in FIG. 6, up to about 25% of the remaining CO 2 could be converted into the carbonate form through the secondary mineralization reaction, which resulted in the first mineralization-microalgae light culture It is possible to demonstrate that more than 85% of carbon dioxide can be converted through a continuous fusing process of secondary mining.

본 실시예를 통하여, 실험실 규모에서 고농도 이산화탄소를 활용하여 광물화-미세조류 광배양 공정 결과를 통해 실제 대규모의 이산화탄소 전환 및 고부가 유용물질 생산 융합 공정 가능성을 입증하였다.Through the present example, the possibility of actual large-scale carbon dioxide conversion and high-value-added useful material production fusion process is demonstrated through the result of mineralization-microalgae light cultivation process using high-concentration carbon dioxide in laboratory scale.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의항 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

Claims (6)

다음 단계를 포함하는 광물화 및 광배양 공정을 통한 이산화탄소의 전환방법:
(a) 이산화탄소를 액화시켜 탄산이온으로 전환하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계에서 전환된 탄산이온을 함유하는 용액에 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온을 첨가하여 탄산이온을 탄산염으로 전환하여 광물화시키는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계에서 광물화 이후 잔여 탄산이온과 이산화탄소를 배양배지에 첨가한 다음, 미세조류를 광배양하여 바이오매스를 수득하는 단계.
A method of converting carbon dioxide through a mineralization and light cultivation process comprising the steps of:
(a) liquefying carbon dioxide to convert it to carbonate ion;
(b) converting calcium ions into carbonates by adding calcium ions or magnesium ions to the solution containing carbonate ions converted in step (a), thereby mineralizing the carbonate ions; And
(c) adding residual carbonate ions and carbon dioxide to the culture medium after mineralization in the step (b), and then culturing the microalgae to optically cultivate the biomass.
제1항에 있어서, 상기 (a) 단계의 이산화탄소의 액화는 0.1~0.3M의 NaOH 또는 Ca(OH)2를 첨가하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein liquefaction of carbon dioxide in step (a) is performed by adding 0.1 to 0.3 M of NaOH or Ca (OH) 2 .
제2항에 있어서, 상기 (a) 단계의 액화 용액은 pH를 7~9로 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. The method according to claim 2, wherein the liquefied solution in step (a) maintains the pH at 7 to 9.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 수득된 탄산염을 분리하는 단계를 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, further comprising the step of separating the carbonate obtained in step (b).
제1항에 있어서, 상기 광배양은 광생물반응기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1, wherein the light magnification is performed in a photobioreactor.
제1항에 있어서, (d) 상기 바이오매스가 제거된 용액 내에 잔여 탄산이온을 탄산염으로 전환하여 2차 광물화하는 단계를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, further comprising the step of (d) secondary mineralization by converting the remaining carbonate ions into a carbonate in the solution from which the biomass has been removed.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019172501A1 (en) * 2018-03-06 2019-09-12 한국지역난방공사 System for capturing and recycling carbon dioxide in exhaust gas
KR20200092641A (en) * 2019-01-25 2020-08-04 고려대학교 산학협력단 Method for carbon resource utilization
KR20210106112A (en) * 2020-02-20 2021-08-30 고려대학교 산학협력단 Method for preparation of Haematococcus pluvialis using biomineralization
KR20210132481A (en) * 2020-04-27 2021-11-04 한국지역난방공사 Hybrid system of carbon dioxide compact membrane separation and utilization for urban power plants

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019172501A1 (en) * 2018-03-06 2019-09-12 한국지역난방공사 System for capturing and recycling carbon dioxide in exhaust gas
JP2021516157A (en) * 2018-03-06 2021-07-01 コリア・ディストリクト・ヒーティング・コーポレイションKorea District Heating Corp. Carbon dioxide collection and resource recovery system in exhaust gas
US12023626B2 (en) 2018-03-06 2024-07-02 Korea District Heating Corp. System for capturing and recycling carbon dioxide in exhaust gas
KR20200092641A (en) * 2019-01-25 2020-08-04 고려대학교 산학협력단 Method for carbon resource utilization
US11193100B2 (en) 2019-01-25 2021-12-07 Korea University Research And Business Foundation Method for carbon resource utilization
KR20210106112A (en) * 2020-02-20 2021-08-30 고려대학교 산학협력단 Method for preparation of Haematococcus pluvialis using biomineralization
KR20210132481A (en) * 2020-04-27 2021-11-04 한국지역난방공사 Hybrid system of carbon dioxide compact membrane separation and utilization for urban power plants

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