KR20180016450A - 미세조류 대량배양을 위한 부유형 배양기 - Google Patents

미세조류 대량배양을 위한 부유형 배양기 Download PDF

Info

Publication number
KR20180016450A
KR20180016450A KR1020180009882A KR20180009882A KR20180016450A KR 20180016450 A KR20180016450 A KR 20180016450A KR 1020180009882 A KR1020180009882 A KR 1020180009882A KR 20180009882 A KR20180009882 A KR 20180009882A KR 20180016450 A KR20180016450 A KR 20180016450A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
microalgae
culture
incubator
shape
support
Prior art date
Application number
KR1020180009882A
Other languages
English (en)
Inventor
이철균
박한울
임상민
이종찬
김필한
정대우
정인재
Original Assignee
인하대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인하대학교 산학협력단 filed Critical 인하대학교 산학협력단
Priority to KR1020180009882A priority Critical patent/KR20180016450A/ko
Publication of KR20180016450A publication Critical patent/KR20180016450A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/18—Open ponds; Greenhouse type or underground installations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/26—Constructional details, e.g. recesses, hinges flexible
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/48—Holding appliances; Racks; Supports

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

본 발명은 배양대상 광합성 미생물을 포함하는 미세조류 배양액과 환경수를 구획하는 수직 측벽과 바닥면으로 구성되는 유연성 장벽으로 둘러싸여 있는 배양용기; 및 상기 배양용기를 고정함과 동시에 수면 위로 부양하기 위한 부양수단를 포함하며, 상기 바닥면에 상기 배양용기 본래의 형상을 유지가능하게 하는 복수의 형상 유지 지지체가 구비된, 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기를 제공한다.

Description

미세조류 대량배양을 위한 부유형 배양기 {A floating culture system for mass cultivation of microalgae}
본 발명은 미세조류 대량배양을 위한 부유형 배양기에 관한 것이다.
화석연료의 다량사용으로 인한 이산화탄소의 발생은 지구온난화의 원인이 되고 있으며, 화석연료가 고갈된 시대를 대비한 지속가능한 친환경연료로 바이오연료의 개발이 필요하다. 바이오연료 중에 바이오디젤은 내연기관인 디젤기관의 원료로서 널리 사용되고 있으며, 친환경연료로서 각광 받고 있는 연료이다. 그러나 제조원료로서 지방산 글리세롤 에스터(glycerol ester), 지방산 또는 식물과 동물유래의 지질이 사용되고 있지만, 그 지질은 대부분 식량자원이기 때문에 바이오디젤의 대량생산이 식량의 고갈문제를 유발시킬 위험성이 있다. 따라서, 식량 문제를 야기시키지 않으면서 바이오디젤 생산을 위한 지질의 생산자원의 개발이 필요하다. 지질 생산자원 중에 미세조류는 태양태양광과 이산화탄소 및 물을 사용하여 광합성을 하여 유기물, 특히 지질을 생산하는 능력이 우수하기 때문에 미래 바이오디젤의 생산원으로 기대되고 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 미세조류 유래 지질을 이용하여 바이오연료를 생산하기 위해서는 기존 미세조류 생산 방식과는 다른 방법을 고려해야한다. 기존의 고가의 광생물반응기를 운용하여 미세조류로부터 바이오연료를 생산하는 방식은 특히 경제성 측면에서 부적절하고 육상에서 단위 반응기의 규모를 확대하거나 제작하는 것이 용이하지 않으며, 미세조류가 가지고 있는 색소에 기인한 광에너지 감소로 무한한 규모 확대가 불가능하다. 따라서 미세조류 유래 바이오연료 생산을 현실화하고 경제성을 확보하기 위해 미세조류를 사막이나 해양의 넓은 공간에 플라스틱 재질과 같은 저렴한 재질로 반응기를 제작하여 대량 배양하고자 하는 연구가 시도되고 있다. 이와 관련하여 대한민국 등록특허 제1484576호는 해양 광생물반응기 내에서의 미세조류 배양액의 유동을 촉진하기 위해 내부에 격벽을 갖는 광생물반응기를 개시하고 있다.
그러나, 상기 선행기술의 경우, 격벽을 형성하기 위해서는 광생물반응기의 윗면과 아랫면을 접합해야 하기 때문에 개방형 배양기에는 적용이 불가능 하고, 격벽 형성을 위한 열접합에 의해 배양 용기의 내구성이 약화되기 때문에 광생물반응기의 규모를 확대하기에 용이하지 않다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 대규모 내지 개방형, 폐쇄형 광생물반응기에서도 사용이 가능한 미세조류 대량배양을 위한 부유형 배양기 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 배양대상 광합성 미생물을 포함하는 미세조류 배양액과 환경수를 구획하는 수직 측벽과 바닥면으로 구성되는 유연성 장벽으로 둘러싸여 있는 배양용기; 및 상기 배양용기를 고정함과 동시에 수면 위로 부양하기 위한 부양수단를 포함하며, 상기 바닥면에 상기 배양용기 본래의 형상을 유지가능하게 하는 복수의 형상 유지 지지체가 구비된, 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기가 제공된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세조류 배양액의 혼합을 촉진하는 구조를 가진 배양기를 이용하여 미세조류 대량배양 효과를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 형상 유지 지지체(140)가 설치되어 있지 않은 일반 미세조류 배양기(110)의 외부로부터 발생하는 조류에 의한 미세조류 배양액 쏠림현상을 나타내고 있는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기(100)가 형상 유지 지지체(140)를 구비하여 조류에 의한 미세조류 배양액 쏠림현상이 방지됨을 나타내고 있는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기(100) 하단에 체인 지지체(142)가 설치된 형태를 나타낸 그림이다.
도 4는 본 발명의 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기(100) 하단에 밧줄 지지체(145)가 설치된 형태를 나타낸 그림이다.
도 5는 형상 유지 지지체(140)를 구비하지 않은 부유형 미세조류 배양기(100)의 미세조류 배양액의 쏠림현상을 나타내고 있는 사진이고(A), 형상 유지 지지체(140)를 구비하여 미세조류 배양액의 쏠림방지를 나타내고 있는 사진이다(B).
도 6은 본 발명의 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기(100)의 형상 유지 지지체(140) 구비 유무에 따른 배양액 혼합 효율의 분석 결과를 나타내고 있는 그래프이다.
용어의 정의:
본 문서에서 사용되는 용어 "미세조류(microalgae)"는 바다에 서식하는 식물성 플랑크톤으로, 흔히 적조를 일으키는 코클로디니움 같은 플랑크톤 역시 미세조류에 속한다. 해양 바이오에너지 연구가 주목하는 미세조류는 특히 지질, 즉 기름 성분이 풍부한 미세조류 종(種)이다. 크기는 10μm(미크론, 1m의 100만분의 1)정도, 머리카락 굵기의 10분의 1 안팎이다.
본 문서에서 사용되는 용어 "광합성 미생물"은 광합성을 할 수 있는 녹조류, 홍조류, 남조류를 의미하며, 예를 들어, 클로렐라, 클라디도모나스(Chlamydomonas), 해마토코커스(Haematococous), 보트리오 코커스(Botryococcus), 세네데스무스(Scenedesmus), 스피룰리나(Spirulina), 테트라셀미스(Tetraselmis), 두날리엘라(Dunaliella) 등 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때 상술한 미세조류는 배양용기 내에서 카로테노이드, 균체, 파이코빌리프로테인, 지질, 탄수화물, 불포화지방산, 단백질을 생산할 수 있다.
본 문서에서 사용되는 용어 "환경수(environmental water)"는 발명의 광생물 반응기가 투입되어 배양이 수행되는 공간의 물을 의미하며, 해수, 담수 및 기수를 포함하고, 인공적으로 조성한 저수조 또는 연못의 물도 포함될 수 있다.
발명의 상세한 설명:
본 발명의 일 관점에 따르면, 배양대상 광합성 미생물을 포함하는 미세조류 배양액과 환경수를 구획하는 수직 측벽과 바닥면으로 구성되는 유연성 장벽으로 둘러싸여 있는 배양용기; 및 상기 배양용기를 고정함과 동시에 수면 위로 부양하기 위한 부양수단를 포함하며, 상기 바닥면에 상기 배양용기 본래의 형상을 유지가능하게 하는 복수의 형상 유지 지지체가 구비된, 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기가 제공된다.
상기 부유형 미세조류 배양기에 있어서, 상기 형상 유지 지지체는 상기 바닥면에 일정한 거리를 두고 상기 수직 측벽과 평행하게 설치될 수 있고 상기 환경수는 해수, 담수 또는 기수일 수 있으며 상기 부양수단은 폰툰(pontoon), 플라스틱 통, 스티로폼, 부표, 파이프 또는 나무조각일 수 있다.
상기 부유형 미세조류 배양기에 있어서, 상기 유연성 장벽은 불투과성 폴리머 필름, 반투과막 또는 메쉬 소재일 수 있고 상기 형상 유지 지지체는 선형 또는 막대형일 수 있으며 상기 선형의 형상 유지 지지체는 체인 또는 밧줄일 수 있다.
상기 부유형 미세조류 배양기에 있어서, 상기 형상 유지 지지체는 수중에서 발생하는 유동(流動)에 의한 배양용기의 변형을 방지함으로써 배양용기 내부 모든 면적에 균일한 태양광 에너지를 수용가능하게 하게 할 수 있다.
상기 유동(流動)은 조류(tidal current), 해류(oceanic current) 또는 파도(wave)일 수 있고 상기 배양용기는 상부가 개방된 개방형 배양용기일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 균일한 부호는 균일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 무게추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 형상유지 지지체(140)가 설치되지 않은 일반 미세조류 배양기(110)를 도시한 것으로 외부로부터 발생하는 조류에 의한 미세조류 배양액(120)의 쏠림현상을 설명하고 있는 개념도이다. 도시한 바와 같이, 일반 미세조류 배양기(110)는 본래의 형상을 유지할 수 있는 지지체를 구비하지 않았기 때문에 수면에 설치되고 난 후 미세조류를 배양하는 과정 중 수중에서 발생하는 조류(150)에 의해 배양용기(130)의 일면에 힘을 받아 배양용기(130)의 형태가 변형되고 이에 따라 미세조류 배양액(120)이 골고루 혼합되지 못하고 한쪽으로 몰리게 되는 쏠림현상이 발생하게 된다. 이러한 미세조류 배양액(120)의 쏠림 현상에 의해 배양기의 전체 면적이 미세조류 배양에 사용되지 못하게 되고 배양용기(130)의 깊이가 깊어진 곳, 즉 미세조류 배양기(110) 하층면에 존재하는 미세조류의 경우 태양광을 충분히 공급받지 못하고 미세조류 배양액(120)이 원활하게 혼합되지 못해 결과적으로 일반 미세조류 배양기(110)의 단위면적당 생산성이 저해되는 문제점이 발생한다. 이에 본 발명자들은 조류(150)에 의한 배양용기(130) 형태의 변형을 방지하는 것이 미세조류 배양액(120)이 배양용기(130) 내에 고른 혼합을 촉진하고 태양광에너지를 배양기의 모든 면적에서 효율적으로 사용할 수 있는 점을 착안하여 예의노력한 결과, 배양기 하단에 형상 유지를 지지할 수 있는 지지체가 설치된 부유형 미세조류 배양기(100)를 개발하였다.
도 2는 상술한 바와 같이, 형상유지 지지체(140)를 구비한 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기(100)의 개요도를 도시하고 있다. 형상유지 지지체(140)가 부유형 미세조류 배양기(100) 하단에 견고하게 설치되어 부유형 미세조류 배양기(100)기의 전체적인 형태를 유지해 주기 때문에 일반 미세조류 배양기(110)에서 발생하는 미세조류 배양액(120)의 쏠림현상이 방지됨에 따라 배양액의 혼합 효율이 향상될 뿐만 아니라 모든 미세조류가 태양광을 충분히 공급받을 수 있어 태양광 이용 효율 또한 증가한다. 이에 따라 미세조류의 단위면적당 생산성이 증가하는 것은 물론이다. 상기 배양액의 혼합 효율과 태양광 이용효율에 따른 생산성의 차이를 비교한 실험결과는 하기 실험예 1과 2에서 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 부유형 미세조류 배양기(100)는 광합성 미생물을 포함하는 미세조류 배양액과 환경수를 구획하는 유연성 장벽으로 둘러싸여 있는 배양용기(130)와 배양용기(130)를 고정하고 수면 위로 부양하기 위한 부양수단(미도시) 및 배양용기(130) 하단의 일면 또는 전면에 설치되어 배양용기(130)의 본래의 형상을 지지해주는 형상유지 지지체(140)로 구성되어 있다. 유연성 장벽으로 둘러싸여 있는 배양용기(130)는 환경수, 기체 및 영양성분의 자유로운 출입이 가능하며, 광합성 미생물이나 오염성 미생물의 자유로운 확산은 차단되는 것을 특징으로 한다. 보다 구체적으로, 환경수의 유입이 가능함으로써, 광합성 미생물의 성장이 요구되는 영양성분의 공급 및 광합성 미생물 성장과정에서 배출되는 노폐물이 환경수와 함께 제거될 수 있다. 이는 별도의 영양공급 장치 및 정화장치 등이 요구되지 않기 때문에 비용, 시간 및 노동력을 절감하는 효과를 제공한다. 또한, 광합성 미생물의 광합성 과정에서 필요한 이산화탄소 공급 및 발생하는 산소의 배출이 용이하게 이루어 질 수 있고 광합성 미생물이 관리가능한 제한적인 배양용기 내에서 배양됨에 따라, 광합성 미생물의 대량 번식에 따른 환경오염을 방지할 수 있으며, 대량 배양된 광합성 미생물의 수확이 용이하다는 장점을 갖는다. 이때 상기 유연성 장벽은 불투과성 폴리머 필름, 반투과막 또는 메쉬 소재로 구성될 수 있다.
종래의 미세조류 배양기의 경우, 해양 광생물 반응기 내에서의 미세조류 배양액의 유동을 촉진하기 위해 내부에 격벽을 갖는 광생물반응기가 개발되었으나 상기 격벽을 형성하기 위해서는 광생물반응기의 윗면과 아랫면을 접합해야 하기 때문에 이는 개방형 배양기에는 적용이 불가능하고, 상기 격벽 형성을 위한 열접합에 의해 배양 용기의 내구성이 약화되기 때문에 광생물반응기의 규모를 확대하기에 용이하지 않는 문제점이 존재하였다. 그러나 본 발명의 부유형 미세조류 배양기(100)는 대규모의 미세조류 배양 내지 개방형, 폐쇄형 광생물반응기에서도 사용이 가능한 장점을 가지고 있다.
부유형 미세조류 배양기(100)를 환경수가 있는 수면에 설치하게 되면 상기 부양수단에 의해 배양용기(130)가 고정되고 자체의 부력으로 인해 수면위로 부유하게 되어 미세조류를 배양하기 위한 조건을 갖추게 된다. 상술한 바와 같이, 부유형 미세조류 배양기(100) 하단에는 형상유지 지지체(140)가 설치되어 있으므로 수중에서 발생하는 유동(流動)에 대해 영향을 받지 않고 태양광에너지를 배양용기(130)의 모든 면적에서 효율적으로 사용하는 것이 가능하므로 미세조류 배양을 위한 최적의 조건을 갖추게 된다. 이때 형상유지 지지체(140)는 체인 또는 밧줄일 수 있고 상기 환경수는 해수, 담수 또는 기수일 수 있으며 상기 수중에서 발생하는 유동은 조류(tidal current), 해류(oceanic current) 또는 파도(wave)일 수 있다.
도 2는 조류나 파도와 같은 물의 압력으로부터 배양용기(130)의 형태가 변형되지 않고 형상을 유지하는 본 발명의 부유형 미세조류 배양기(100)의 특징을 강조하기 위해 형상유지 지지체(140)의 구조를 개략적으로 도시하였으나 형상유지 지지체(140)는 배양용기(130)의 일면 또는 전면에 설치되어 배양용기(130) 전체의 형상을 유지하게 할 수 있고 배양용기(130) 일부면의 형상을 유지하게 할 수도 있다. 또한 형상유지 지지체(140)의 형태는 상술한 바와 같이 줄과 같은 형태로 설명하였으나 조류로부터 배양용기(130)의 형상을 유지할 수 있는 다른 형태의 지지체 예컨대 나무막대 또는 플라스틱 등도 사용이 가능하다. 형상유지 지지체(140)의 종류에 따른 부유형 미세조류 배양기(100)의 구성은 하기 도 3 및 4에서 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 형상유지 지지체(140)의 일종인 체인 지지체(142)가 본 발명의 부유형 미세조류 배양기(100) 하단에 설치되어 있는 구현예를 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 미세조류 배양액(120)을 수용하고 있는 배양용기(130) 하단 전면에 걸쳐 체인 지지체(142)가 설치되어 있어 배양용기(130) 외부에서 가해지는 조류의 힘으로부터 배양용기(130)의 변형을 방지하고 본래의 형태를 유지할 수 있다. 도 3의 체인 지지체(142)는 본 발명의 특징을 용이하게 이해하기 위하여 배양용기(130) 하단 전면에 설치되어 있는 형태로 도시되어 있으나 이는 배양기의 설치환경 및 구조에 따라 조류가 오는 방향에만 부분적으로 설치하는 등 다양한 변형 설치가 가능하다.
도 4는 형상유지 지지체(140)의 일종인 밧줄 지지체(142)가 본 발명의 부유형 미세조류 배양기(100) 하단에 설치되어 있는 다른 구현예를 도시하고 있다. 도 3의 체인 지지체(142)와 달리 밧줄 지지체(145)는 배양용기(130) 하단에서 서로 일정한 거리를 두고 수평방향으로 설치되어 있다. 이것 또한 마찬가지로 밧줄 지지체(145)가 설치된 구성의 이해를 돕기 위해 임의로 나타내었으나 상기 구성과 다르게 수평방향이 아닌 대각선 방향으로 밧줄 지지체(145)를 설치하는 등 다양한 변형예가 가능하고 배양용기(130)의 형상 유지 목적에 따라 밧줄 지지체(145)의 수를 가감하여 설치할 수도 있다. 또한 본 발명에서는 사각형의 배양용기(130)에 설치하는 형상유지 지지체(140)의 구현예를 도시하였으나 배양용기(130)의 형태가 원형, 마름모형 또는 다른 형태의 구성이라도 형상유지 지지체(140)를 견고하게 설치하여 미세조류의 배양의 효율성을 도모할 수 있다.
도 5는 형상 형상유지 지지체(140) 설치유무에 따른 쏠림 현상을 비교해서 보여주기 위해 사진으로 나타낸 것으로 종래 미세조류 배양기의 배양액 쏠림현상을 육안으로 확인이 가능하여 본 발명의 부유형 미세조류 배양기(100)의 특징을 용이하게 이해할 수 있다.
도 5의 A의 경우, 별도의 형상유지 지지체(140)가 설치되지 않은 미세조류 배양기를 도시하고 있고 별표(★)로 표시된 부분을 통해 배양용기(130) 쏠림현상이 발생하여 배양용기(130) 바닥이 드러나고 있는 모습을 보여주고 있다. 이는 상술한 바와 같이 변형된 배양용기(130)로 인해 미세조류 배양액(120)의 깊이가 깊어진 하층면이 발생하고 상기 하층면에 존재하는 미세조류의 경우 태양광 에너지를 충분히 공급받지 못하고 미세조류 배양액(120)이 배양용기(130) 내부에서 원활하게 혼합되지 못하게 되므로 이는 단위면적당 생산효율의 감소로 이어진다. 그러나 도 5의 B와 같이, 배양용기(130) 하부에 형상유지 지지체(140)를 설치한 경우, 배양용기(130)의 형상이 계속 유지될 수 있으므로 태양광에너지를 배양기의 모든 면적에서 효율적으로 사용하여 경제적으로 미세조류의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 배양용기(130)를 고정하고 수면 위로 부양하기 위한 부양수단이 도시되어 있다. 상기 부양수단은 배양용기(130)를 고정하는 동시에 작업자들의 출입을 원활하게 하기 위하여 배양용기(130) 주변에 병렬 또는 직렬의 형태로 결합되어 있다. 또한, 상기 부양수단은 수면위로 충분한 부력을 제공해야하므로 폰툰(pontoon)이 바람직하나 이 외에도 플라스틱 통, 스티로폼, 부표, 파이프 또는 나무조각 등도 사용가능하다.
본 발명의 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기(100)에 설치되는 형상유지 지지체(140)의 설치가 미세조류 배양액(120)의 혼합 효율에 어떠한 영향을 미치는지 하기 실험예 1을 통해 설명한다.
이하, 실험예를 통하여 본 발명을 더 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실험예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실험예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
실험예 1: 미세조류 배양액의 혼합 효율 분석
본 발명의 일 실시에 따라 제조된 부유형 미세조류 배양기에 포함되는 형상유지 지지체 설치에 따른 미세조류 배양액의 혼합 효율(%)의 차이를 관찰하였다.
먼저, 실험군인 체인 지지체가 설치된 배양기, 밧줄 지지체가 설치된 배양기 및 대조군인 형상유지 지지체를 설치하지 않은 배양기에 5 kL의 해수에 1.1 kg 질량의 질산나트륨염을 각각 첨가하고 상기 질산나트륨염이 모두 용해되어 배양액 내 질산이온의 농도가 평형에 이르기까지 걸리는 시간을 측정하였다.
그 결과, 형상유지 지지체가 없는 대조군과 비교하여 체인 지지체를 설치한 경우 혼합 효율이 다소 감소하였으나 밧줄 지지체(145)를 설치한 배양기의 혼합 효율은 현저히 증가한 것으로 나타났다. 상기와 같은 결과는 배양용기의 형상을 단지 견고하게 고정하는 체인 지지체와 비교하여 밧줄 지지체는 배양기 내부의 배양액이 쏠리는 것은 방지할 뿐만 아니라, 배양기의 이동을 어느 정도 허용함으로써 파도 에너지를 배양액에 전달하여 배양액의 혼합은 더욱 촉진시킴에 따라 더 높은 혼합 효율을 나타내었다(도 6).
실험예 2: 미세조류 생산성 향상에 따른 태양광 이용 효율 분석
본 발명의 일 실시에 따라 제조된 부유형 미세조류 배양기에 포함되는 형상유지 지지체 설치 유무에 따른 미세조류의 생산성과 태양광 이용 효율의 차이를 관찰하였다. 먼저, 작동 면적 16 m2, 작동 부피 2.5 kL의 기본 형태의 배양기, 체인 지지체 및 밧줄 지지체를 구비한 배양기를 이용하였고 자연 해수 2.5 kL에 질산나트륨(NaNO3) 1.1 kg, 인산이수소나트륨(NaH2PO4) 0.075 kg을 첨가한 배지를 사용하여 14일 기간 동안 배양을 수행하였다. 상기 태양광 이용 효율은 배양 기간 동안 배양기에 공급된 총 태양광 에너지 대비 광합성을 통해 미세조류 바이오매스로 저장된 에너지의 비율을 의미한다.
그 결과, 어떤 형태의 지지체를 설치하지 않은 대조군과 비교하여 형상 유지를 위한 지지체를 설치한 실험군의 미세조류 생산성과 태양광 이용 효율이 더 높게 나타났다. 특히, 밧줄 지지체가 체인 지지체에 비해 미세조류 생산성이 더 높게 나타났는데 이러한 결과는 밧줄 지지체를 구비한 배양기에서 배양액의 혼합이 더 잘 일어나기 때문에 형상 유지에 따른 배양액이 골고루 퍼지는 효과와 배양액 혼합 증진 효과가 더해졌기 때문이다. 상기 실험예 2에 대한 결과를 하기 표 1에 표시하였다.
대조구 체인 지지체 밧줄 지지체
미세조류 생산성 (g/m2/d) 1.3 2.3 3.2
태양광 이용 효율(%) 0.14 0.26 0.36
본 발명은 도면에 도시된 실시예 및 실험예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 부유형 미세조류 배양기
110: 일반 미세조류 배양기
120: 미세조류 배양액
130: 배양용기
140: 형상유지 지지체
142: 체인 지지체
145: 로프 지지체
150: 조류

Claims (10)

  1. 배양대상 광합성 미생물을 포함하는 미세조류 배양액과 환경수를 구획하는 수직 측벽과 바닥면으로 구성되는 유연성 장벽으로 둘러싸여 있는 배양용기; 및 상기 배양용기를 고정함과 동시에 수면 위로 부양하기 위한 부양수단를 포함하며, 상기 바닥면에 상기 배양용기 본래의 형상을 유지가능하게 하는 복수의 형상 유지 지지체가 구비된, 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형상 유지 지지체는 상기 바닥면에 일정한 거리를 두고 상기 수직 측벽과 평행하게 설치되는, 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 환경수는 해수, 담수 또는 기수인, 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 부양수단은 폰툰(pontoon), 플라스틱 통, 스티로폼, 부표, 파이프 또는 나무조각인, 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유연성 장벽은 불투과성 폴리머 필름, 반투과막 또는 메쉬 소재로 구성되는, 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 형상 유지 지지체는 선형 또는 막대형인, 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 선형의 형상 유지 지지체는 체인 또는 밧줄인, 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 형상 유지 지지체는 수중에서 발생하는 유동(流動)에 의한 배양용기의 변형을 방지함으로써 배양용기 내부 모든 면적에 균일한 태양광 에너지를 수용가능하게 하는, 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유동(流動)은 조류(tidal current), 해류(oceanic current) 또는 파도(wave)인, 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배양용기는 상부가 개방된 개방형 배양용기인, 미세조류 대량배양을 위한 부유형 미세조류 배양기.
KR1020180009882A 2018-01-26 2018-01-26 미세조류 대량배양을 위한 부유형 배양기 KR20180016450A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180009882A KR20180016450A (ko) 2018-01-26 2018-01-26 미세조류 대량배양을 위한 부유형 배양기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180009882A KR20180016450A (ko) 2018-01-26 2018-01-26 미세조류 대량배양을 위한 부유형 배양기

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160019856A Division KR20170098011A (ko) 2016-02-19 2016-02-19 미세조류 대량배양을 위한 부유형 배양기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180016450A true KR20180016450A (ko) 2018-02-14

Family

ID=61229875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180009882A KR20180016450A (ko) 2018-01-26 2018-01-26 미세조류 대량배양을 위한 부유형 배양기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180016450A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105209593B (zh) 用于光合微生物大量培养的光生物反应器
RU2610672C2 (ru) Аппаратный комплекс для производства микроводорослей, размещённый в водном пространстве
CA2801574C (en) Device and method for photosynthetic culture
CN102933701A (zh) 用于定位挠性漂浮式光生物反应器的系统和方法
Egbo et al. Photobioreactors for microalgae cultivation–an overview
Dębowski et al. Microalgae–cultivation methods
KR20170098011A (ko) 미세조류 대량배양을 위한 부유형 배양기
KR101517838B1 (ko) 공배양에 의한 광합성 미세조류의 배양방법
KR20180016450A (ko) 미세조류 대량배양을 위한 부유형 배양기
KR101360795B1 (ko) 미세 조류 배양용 표층 부유형 광생물 반응 장치, 및 상기 장치를 포함하는 미세 조류 배양 시설
CN204644342U (zh) 用于培养光合微生物的多孔式培养板
US20140127766A1 (en) System for obtaining biomass
US20120107452A1 (en) Aeration systems for horizontal photobioreactors
KR102016380B1 (ko) 상하 대칭 개방형 미세조류 배양기
KR101798460B1 (ko) 오염 방지 및 지질 생산성을 증가시키는 광합성 미생물의 배양방법
Griffiths 5 Microalgal Cultivation
CN202465661U (zh) 一种微藻养殖管状膜装置
KR101692269B1 (ko) 미세조류 대량생산을 위한 광생물반응기
KR101802797B1 (ko) 미세조류 수상배양을 위한 광생물반응기
KR102176006B1 (ko) 내부 격벽을 구비한 해양 미세조류 배양기
KR101690267B1 (ko) 광합성 미생물 배양액 순환장치
Jana et al. Biodiesel Production from Algal Biomass
Rengel Promising technologies for biodiesel production from algae growth systems
Pavliukh et al. A PHOTOBIOREACTOR FOR MICROALGAE-BASED WASTEWATER TREATMENT.
JP2015521042A (ja) 水生基盤の微細藻類生産装置

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application