WO2016003039A1 - 미세조류 대량배양 시스템 - Google Patents

미세조류 대량배양 시스템 Download PDF

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  • the microalgae recovery particles are flowed into the recovery unit and re-introduced into the tertiary reactor, and the recovery unit includes freezing means or drying means for freezing or drying the microalgae captured by the microalgae recovery particles introduced therein. It is preferable to provide.
  • recovery unit 400 is connected in fluid communication with the third regeneration unit 330.

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Abstract

본 발명은 미세조류 배양에 적절한 환경을 제공하여 미세조류를 대량으로 배양 가능한 미세조류 대량배양 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 미세조류 대량배양 시스템은, 내부에 배양액을 보유하는 반응기;를 포함하며, 상기 배양액은 기능성 입자를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이에 의하면, 여러가지 기능을 가지는 기능성 입자를 배양액 내에서 유동시켜 미세조류 배양에 필요한 여러 기능들을 배양액 내에 균일하게 분포시킴으로써 대량의 미세조류 배양 및 미세조류의 성장에 따라 적절한 환경을 조성함으로써, 기존 배양 시스템이 갖던 대량배양에 있어서의 문제점을 해결하는 것이 가능하면서도, 고효율의 배양 시스템을 구현할 수 있다.

Description

미세조류 대량배양 시스템
본 발명은 미세조류 배양에 관한 것으로, 미세조류 배양에 적절한 환경을 제공하여 미세조류를 대량으로 배양 가능한 미세조류 대량배양 시스템에 관한 것이다.
바이오매스는 자연계 내에서 쉽게 구할 수 있고 태양 에너지와 물, 이산화탄소 등의 재료를 사용하는 광합성 과정을 통해 지속적인 생산이 가능한 자원이기 때문에 바이오매스로 만드는 바이오연료 역시 지속적인 생산이 가능하다. 특히, 미세조류는 식물보다 태양 에너지의 이용효율이 약 25배, 이산화탄소 고정능력도 15배 정도가 높아 바이오매스 생산성이 식물의 5~10배 이상이다. 또한, 배양조건에 따라 체내에 지질을 최대 70%까지 축적할 수 있어 단위 면적당 지질의 생산량은 식물에 비해 50~100배 이상 높다. 최근 공학기술의 발달로 미세조류를 성장속도와 회수량을 증대시키기 위한 연구가 주목을 받고 있다. 미세조류의 성장속도와 회수량을 증대시키기 위하여는 물론 미세조류가 성장할 수 있는 최적의 환경을 조성하는 것이 중요한데, 이러한 환경은 미세조류의 광합성을 위한 적절한 광원, CO2 및 성장에 필요한 영양분의 공급이 매우 중요하다. 이에, 최근 공개된 미세조류 배양관련 기술로서, 한국공개특허 제 2011-0085428 호에는 광합성이 활발하게 이루어지도록 하기 위하여 반응기의 외부에서 빛을 공급하고 반응기를 투명하게 제작하는 것에 관한 기술이 개시되어 있으나, 이 경우 반응기의 크기가 증가할수록 외부 광원으로부터의 빛이 반응기의 중심부까지 완전히 도달할 수 없기에 대량배양이 어렵다.
이를 개선한 기술로서, 일본공개특허 제 2014-039491 호에는 반응기 내의 미세조류를 일정 지름의 관 내로 유동시키고 상기 관 내부로 빛을 조사함으로써 반응기의 크기와 상관없이 관 내부를 유동하는 미세조류에 빛을 일정하게 공급할 수 있는 기술에 대하여 개시하고 있으나, 이는 반응기 외에도 빛을 공급하기 위한 관 및 미세조류를 유동시키기 위한 펌프 등의 추가적인 장비가 필요하다는 단점이 있고, 이와 유사한 기술로서 한국공개특허 제 2013-0029586 호에는 집광기로 빛을 집광하여 집광된 빛을 광분배기를 이용하여 분배하고, 이를 반응기 내부에 다수 개 배치된 관 형상의 도광체에 공급하여 빛을 공급하나, 반응기의 크기가 커질수록 도광체의 개수가 늘어나야 하고, 이에 따라 자연히 분배되는 빛의 강도는 약해 질수 밖에 없으므로, 대량배양에는 적용하기 어렵다는 단점을 안고 있다. 또한, 빛 공급 문제 이외에도 상기한 바와 같이 대량배양을 위하여 반응기의 크기가 증대되면 영양소 및 CO2등 미세조류 배양에 필요한 여러 인자들을 배양액 내에 균일하게 분포시키기가 매우 어렵고, 나아가 대량으로 배양된 미세조류의 회수에 있어서도 어려움이 있다.
또한, 미세조류에 성장단계에 따라서 여러 인자의 변화가 필요함에도 불구하고, 이러한 문제에 대한 고찰은 전혀 되어 있지 않다.
(특허문헌 1) KR 10-2011-0085428 A
(특허문헌 2) JP 2014-039491 A
(특허문헌 3) KR 10-2013-0029586 A
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 미세조류의 성장에 필요한 여러 인자들을 배양액 내에 균일하게 분포시킴으로써, 반응기의 크기의 확장이 가능하여, 미세조류가 대량으로 배양될 수 있고, 또한 미세조류의 성장에 따라 적절한 인자의 조절이 이루어 짐으로서 성장속도를 향상시켜 결과적으로 미세조류의 효율적인 배양 및 회수가 가능하도록 하는 미세조류 대량배양 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 미세조류 대량배양 시스템은, 내부에 배양액을 보유하는 반응기;를 포함하며, 상기 배양액은 기능성 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 반응기와 유체소통하는 재생부 및 회수부를 더 포함하며, 상기 기능성 입자는 상기 재생부로 유입되어 그 기능이 재생되는 것이 바람직하다.
상기 기능성 입자는 다수이며, 상기 다수의 기능성 입자는 광 공급입자, 영양분 공급입자, 유해성분 흡착입자, CO2 공급입자 및 미세조류 회수입자 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 광 공급입자, 상기 영양분 공급입자, 상기 유해성분 흡착입자 및 상기 CO2 공급입자는 상기 각 입자의 외부를 이루는 중공의 캡슐을 각각 포함하는 것이 바람직하다.
상기 광 공급입자는 투명한 상기 캡슐 내부에 발광물질이 충진되는 것이 바람직하다.
상기 영양분 공급입자는 상기 캡슐 내부에 영양분 공급물질이 충진되는 것이 바람직하다.
상기 CO2 공급입자는 상기 캡슐 내부에 CO2가 충진되는 것이 바람직하다.
상기 유해성분 흡착입자는 상기 캡슐 내부에 유해성분 흡착물질이 충진되는 것이 바람직하다.
상기 미세조류 회수입자는 표면에 다수개의 돌기 또는 섬모가 형성되어, 배양된 미세조류를 포획하는 것이 바람직하다.
상기 광 공급입자, 영양분 공급입자, 유해성분 흡착입자, CO2 공급입자 및 미세조류 회수입자 중 어느 하나 이상이 자성을 가지고, 상기 재생부 또는 회수부가 자성을 가짐으로써 상기 자성을 가지는 입자가 분리되어 상기 재생부 또는 회수부로 유동되는 것이 바람직하다.
상기 광 공급입자, 영양분 공급입자, 유해성분 흡착입자, CO2 공급입자 및 미세조류 회수입자는 기설정된 범위 내의 비중을 갖는 것이 바람직하다.
상기 광 공급입자, 영양분 공급입자, 유해성분 흡착입자, CO2 공급입자 및 미세조류 회수입자는 상기 기설정된 범위 내에서 각각 다른 비중을 가짐으로써 상기 각 입자가 분리되어 상기 재생부 또는 회수부로 유동되는 것이 바람직하다.
상기 광 공급입자, 영양분 공급입자, 유해성분 흡착입자, CO2 공급입자 및 미세조류 회수입자 중 어느 둘 이상의 입자가 연결선으로 연결된 것이 바람직하다.
상기 재생부는 광원 또는 전력공급수단을 구비하고, 상기 광 공급입자가 상기 재생부로 유동하여 상기 광원 또는 전력공급수단에 의해 상기 광 공급입자에 충진된 발광물질이 재생되어 상기 반응기 내로 재유입되는 것이 바람직하다.
상기 재생부는 그 내부에 발광물질, 유해성분 흡착물질 또는 CO2를 보유하고, 상기 영양분 공급입자, 유해성분 흡착입자 또는 CO2 공급입자는, 상기 재생부로 유동하여 상기 재생부에 보유된 발광물질, 유해성분 흡착물질 또는 CO2를 각각 재충진하여 상기 반응기 내로 재유입되는 것이 바람직하다.
상기 미세조류 회수입자는, 상기 회수부로 유동하여 상기 반응기로 재유입되며, 상기 회수부는 그 내부로 유입된 상기 미세조류 회수입자에 포획된 미세조류를 냉동 또는 건조하는 냉동수단 또는 건조수단을 구비하는,
상기 회수부는 상기 냉동 또는 건조된 미세조류를 회전, 초음파 또는 진동을 가하여 상기 미세조류 회수입자로부터 분리하는 것이 바람직하다.
상기 반응기는, 1차 반응기, 상기 1차 반응기와 유체소통하는 2차 반응기 및 상기 2차 반응기와 유체소통하는 3차 반응기를 포함하고, 상기 재생부는, 상기 1차 반응기와 유체소통하는 제 1 재생부, 상기 2차 반응기와 유체소통하는 제 2 재생부 및 상기 3차 반응기와 유체소통하는 제 3 재생부를 포함하며, 상기 회수부는 상기 제 3 재생부와 유체소통하는 것이 바람직하다.
상기 광 공급입자, 상기 영양분 공급입자, 상기 CO2 공급입자 및 상기 유해성분 흡착입자는 상기 1차 반응기와 제 1 재생부, 및 상기 2차 반응기와 상기 제 2 재생부 사이를 각각 순환하고, 상기 미세조류 회수입자는 상기 3차 반응기와 상기 제 3 재생부 사이를 순환하는 것이 바람직하다.
상기 2차 반응기와 제 2 재생부를 순환하는 상기 광 공급입자, 상기 영양분 공급입자, 상기 CO2 공급입자 및 상기 유해성분 흡착입자에 충진되는 상기 발광물질, 상기 영양분 공급물질, 상기 CO2 및 상기 유해성분 흡착물질의 양이 상기 1차 반응기와 제 1 재생부를 순환하는 상기 광 공급입자, 상기 영양분 공급입자, 상기 CO2 공급입자 및 상기 유해성분 흡착입자에 충진되는 상기 발광물질, 상기 영양분 공급물질, 상기 CO2 및 상기 유해성분 흡착물질의 양보다 많은 것이 바람직하다.
상기 제 1 및 제 2 재생부는 광원 또는 전력공급수단을 각각 구비하고,
상기 광 공급입자가 상기 제 1 및 제 2 재생부로 유동하여 상기 광원 또는 전력공급수단에 의해 상기 광 공급입자에 충진된 발광물질이 재생되어 상기 1차 반응기 및 2차 반응기 내로 재유입되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 및 제 2 재생부는 그 내부에 발광물질, 유해성분 흡착물질 또는 CO2를 보유하고, 상기 영양분 공급입자, 유해성분 흡착입자 또는 CO2 공급입자는, 상기 제 1 및 제 2 재생부로 유동하여 상기 제 1 및 제 2 재생부에 보유된 발광물질, 유해성분 흡착물질 또는 CO2를 각각 재충진하여 상기 1차 반응기 및 2차 반응기 내로 재유입되는 것이 바람직하다.
상기 미세조류 회수입자는, 상기 회수부로 유동하여 상기 3차 반응기로 재유입되며, 상기 회수부는 그 내부로 유입된 상기 미세조류 회수입자에 포획된 미세조류를 냉동 또는 건조하는 냉동수단 또는 건조수단을 구비하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 미세조류 배양 시스템에 의하면, 여러가지 기능을 가지는 기능성 입자를 배양액 내에서 유동시켜 미세조류 배양에 필요한 여러 기능들을 배양액 내에 균일하게 분포시킴으로써 대량의 미세조류 배양 및 미세조류의 성장에 따라 적절한 환경을 조성함으로써, 기존 배양 시스템이 갖던 대량배양에 있어서의 문제점을 해결하는 것이 가능하면서도, 고효율의 배양 시스템을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류 대량배양 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기능성 입자(A)의 종류를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 기능성 입자(A)의 연결 및 일체화를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세조류 배양 시스템의 개략도이다.
본 발명인 미세조류 대량배양 시스템을 이루는 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용 가능하다.
본 발명에 따른 미세조류 대량배양 시스템의 바람직한 실시 예를 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류 대량배양 시스템을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류 대량배양 시스템의 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류 대량배양 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기(100), 재생부(300) 및 회수부(400)를 포함한다.
반응기(100)는 내부에 미세조류를 배양하기 위한 배양액을 보유하며, 배양액이 원활하게 유동 될 수 있도록 중공의 원통 형상임이 바람직할 수 있고, 더욱 바람직하게는 그 하부에 가스 공급기(200)가 위치하여 반응기(100) 내부로 가스를 공급하여 배양액이 유동하도록 하며, 공급되는 가스는 CO2를 포함하는 기체임이 바람직하다.
배양액은 기능성 입자(A)를 포함한다.
도 2 및 도 3을 더 참조하여 기능성 입자(A)를 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 기능성 입자(A)의 종류를 예시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 기능성 입자(A)의 연결 및 일체화를 도시한 도면이다.
기능성 입자(A)는, 미세조류를 배양하는 것에 있어서, 미세조류의 성장 또는 회수 등을 포함하는 일련의 과정에 이득이 될 수 있는 상태 또는 인자를 부여하며, 따라서, 후술할 특정 실시예에 의하여 한정되지 않는다.
기능성 입자(A)는 다수가 배양액 내에 포함되어 배양액과 함께 유동함으로써, 미세조류의 배양에 도움이 되는 다양한 기능들을 제공한다.
기능성 입자(A)의 종류로서 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), 유해성분 흡착입자(A3), CO2 공급입자(A4) 및 미세조류 회수입자(A5)를 들 수 있다.
또한, 기능성 입자(A)는 상기한 기능들을 효과적으로 제공하기 위하여 배양액 내에서 침전되거나 부양되지 않고 고루 분포될 수 있도록 미리 설정된 범위의 비중을 가지며, 이는 배양액의 비중과 비교적 가까운 것이 바람직하며, 예를 들면 기능성 입자의 비중이 배양액과 같거나 높게 유지하는 것이 유동화 시 입자를 제어하기에 보다 바람직할 수 있고, 상기한 바와 같이 여러 종류의 기능성 입자(A)를 포함할 경우 각 기능성 입자(A)가 미리 설정된 비중범위 내에서 각각 다른 비중을 갖도록 하거나 각기 다른 크기를 갖도록 할 수 있으며, 이로써 각 기능성 입자(A)는 각기 다른 비중 또는 크기에 따라 선택적으로 유동이 가능하여 재생부(300)에 입자를 구분하여 유입시키는 것이 가능하다.
그리고, 각 기능성 입자(A)는 종류에 따라서 선택적으로 자성을 가지도록 하여 자성을 가지는지의 여부에 따라 선택적으로 유동이 가능할 수 있다.
보다 상세하게, 상기한 각 기능성 입자(A)의 예를 들어 설명하면, 상기한 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), 유해성분 흡착입자(A3) 및 CO2 공급입자(A4)는 그 외부를 이루는 중공의 캡슐을 포함하는 것이 바람직하다.
광 공급입자(A1)의 경우에는 캡슐 내부에 빛을 흡수하여 발광하는 발광물질이 충진될 수 있다. 또한, 캡슐이 투명한 것이 보다 바람직할 수 있다.
영양분 공급입자(A2)의 경우에는 캡슐 내부에 미세조류의 성장에 도움이 되는 영양물질이 충진될 수 있고, 이러한 영양물질은 한정되지 않으나, 예를 들면 질소, 인 또는 그 화합물 등을 포함하는 영양물질일 수 있다.
유해성분 흡착입자(A3)의 경우에는 캡슐 내부에 미세조류 배양시에 대사작용에 의하여 발생하는 미세조류 성장방해 성분(예를 들면, 고농도의 암모니아성 질소 등)을 흡착하기 위한 흡착물질이 충진될 수 있고 이러한 흡착물질은 한정되지 않으나, 예를 들면 활성탄 등을 포함하는 흡착물질 또는 해당 유해성분을 분해하는 미생물일 충진될 수 있다.
CO2 공급입자(A4)의 경우에는 캡슐 내부에 미세조류의 광합성에 필요한 CO2가 충진될 수 있고, CO2의 성상은 한정되지 않으나, 일례로 드라이 아이스가 충진되어 CO2를 공급할 수 있다.
미세조류 회수입자(A5)의 경우에는 반응기(100) 내의 미세조류를 회수하기 용이하도록 표면에 돌기, 섬모가 형성되거나 표면이 메쉬(Mesh)소재로 이루어질 수 있고, 이로써 반응기(100) 내에서 일정 이상 성장한 미세조류가 입자 표면에 부착 또는 포획될 수 있다.
또한, 상기 각 기능성 입자(A)는 보다 효율적인 기능제공을 위하여, 표면에 다수의 관통공이 타공되어, 이로써 기능성 입자(A) 내부에 충진된 각 물질들이 배출될 수 있다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이 둘 이상의 같은 또는 다른 기능성 입자(A)가 연결선으로 연결될 수 있고, 연결되는 형태는 특히 한정되지 않으나, 선 형태 또는 원형 또는 이들의 조합 등의 형태로 연결될 수 있으며(도 3 (a)~(f) 참조), 서로 다른 둘 이상의 기능성 입자(A)가 일체형으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 광 공급입자와 미세조류 회수입자(A1, A5), 유해성분 흡착입자 및 영양분 공급입자(A3, A2)가 또는 그외의 조합으로서 각각 일체로 형성될 수 있다(도 3 (g) 참조). 이로써, 기능성 입자(A)의 크기를 줄이고, 유동 및 회수가 보다 편리한 기능성 입자(A)를 구현할 수 있다.
또한, 상기한 기능성 입자(A)의 예 이외에도 내부에 완충액이 충진되어 배양액의 pH를 조절할 수 있고, 발열물질 또는 흡열물질이 충진되어 배양액의 온도를 조절하는 입자도 포함될 수 있다.
재생부(300)는 반응기(100)와 유체소통 가능하게 연결되며, 반응기(100) 내에서 유동하다가 기능이 저하된 기능성 입자(A)는 재생부(300)로 유입되어 그 기능이 재생된 후 반응기(100) 내로 다시 유입되며, 이와 같은 과정을 반복하며 재순환한다. 즉, 재생부(300)는 기능성 입자(A)의 저하된 기능을 원래대로 복원시킨다.
상기 각 기능성 입자(A)에 따라 상세히 설명하면, 광 공급입자(A1)의 경우에는 재생부(300)에 빛 또는 전력 공급수단이 구비되어, 재생부(300)로 유입된 광 공급입자(A1)에 충진된 발광물질에 빛을 공급하여 재생시키며, 영양분 공급입자(A2), CO2 공급입자(A4), 유해성분 흡착입자(A3)의 경우에는 재생부(300) 내에 보유된 영양분 공급물질, CO2, 유해성분 흡착물질을 내부에 재충진 함으로써 재생이 이루어질 수 있다.
*또한, 재생부(300)가 자성을 가지도록 함으로써 상기한 바와 같이 일부 기능성 입자(A)가 자성을 가지는 경우, 이를 선택적으로 재생부(300)로 유동시켜 재생할 수 있고, 도시되지 않았으나, 재생부(300)의 설치 높이를 변화시킴으로써 상기 기능성 입자(A)의 비중에 따라 원하는 기능성 입자(A)를 선택적으로 재생부(300) 내로 유동시켜 재생할 수도 있으며, 이에 따라 각 기능성 입자(A)의 효율적인 제어가 가능하게 된다
회수부(400)는 반응기(100)와 유체소통 가능하게 연결되어, 반응기(100) 내에서 배양되어 일정 이상 성장한 미세조류가 배양액과 함께 유입되어 회수부(400)에서 분리되어 회수된다.
미세조류 회수입자(A5)는 상기한 자성 또는 비중 차로 인하여 회수부(400)로 유입되며, 상기한 바와 같이 미세조류의 표면의 돌기 등에 의해 미세조류가 부착 또는 포획되어 있어 미세조류의 회수율을 높일 수 있다. 미세조류를 회수하는 방법은 한정되지 않으나, 예를 들면, 회수부(400)는 그 내부를 냉동 또는 건조하는 냉동수단 또는 건조수단(미도시)를 구비하여 미세조류가 부착 또는 포획된 미세조류 회수입자(A5)를 냉동 또는 건조시키고 이에 회전, 초음파 또는 진동을 가하여 포획 또는 부착된 미세조류를 미세조류 회수입자(A5)로부터 분리하여 회수할 수 있다.
이하, 도 4를 더 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세조류 대량배양 시스템을 설명한다.
이하의 설명에서는 발명의 이해 및 설명의 편의를 위하여 상기 설명된 일 실예와의 차이점을 중심으로 설명하며, 그 외 같은 구성, 작용 등은 그 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세조류 배양 시스템의 개략도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 반응기(100)는 1차 반응기(110), 1차 반응기(110)와 유체소통하는 2차 반응기(120) 및 2차 반응기(120)와 유체소통하는 3차 반응기(130)를 포함하며, 1차 반응기(110) 및 2차 반응기(120)의 하측에는 반응기(100) 내부로 가스를 공급하는 가스 공급기(210, 220)가 각각 구비된다.
그리고, 재생부(300)는 상기 1차 반응기(110)와 유체소통하는 제 1 재생부(310), 상기 2차 반응기(120)와 유체소통하는 제 2 재생부(320) 및 상기 3차 반응기(130)와 유체소통하는 제 3 재생부(330)를 포함한다.
또한, 회수부(400)는 제 3 재생부(330)와 유체소통 가능하게 연결된다.
본 실시예에서는 미세조류의 성장에 따른 배양조건에 최적화될 수 있도록 상기한 바와 같이 3개의 반응기(110, 120, 130)를 포함하며, 각 반응기(110, 120, 130) 및 재생부(300)에서 기능성 입자(A)를 배양조건에 최적화 되도록 선택적으로 유동시킬 수 있다.
예를 들면, 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), CO2 공급입자(A4) 및 유해성분 흡착입자(A3)는 1차 반응기(110)와 제 1 재생부(310), 및 2차 반응기(120)와 상기 제 2 재생부(320) 사이를 각각 순환하고, 상기 미세조류 회수입자(A5)는 상기 3차 반응기(130)와 상기 제 3 재생부(330) 사이를 순환하도록 할 수 있다.
또한, 2차 반응기(120)와 제 2 재생부(320)를 순환하는 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), CO2 공급입자(A4) 및 유해성분 흡착입자(A3)에 충진되는 발광물질, 영양분 공급물질, CO2 및 유해성분 흡착물질의 양이 1차 반응기(110)와 제 1 재생부(310)를 순환하는 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), CO2 공급입자(A4) 및 유해성분 흡착입자(A3)에 충진되는 발광물질, 영양분 공급물질, CO2 및 유해성분 흡착물질의 양보다 많도록 할 수 있고, 또는 높은 강도를 가지도록 할 수 있다(예를 들면, 광도가 높은 발광물질의 충진 등) 이러한 구성은 상기한 일 실시예보다 복잡한 구성을 취하지만, 높은 배양효과를 얻을 수 있다.
이는, 미세조류의 성장 정도에 따라 필요로 하는 기능들이 많아지기 때문이며, 즉 미세조류의 배양 초기에는 1차 반응기(110)에서 배양초기에 필요한 기능을 충족시켜 배양하다가, 어느 정도 미세조류의 성장이 이루어지면, 성장한 미세조류를 2차 반응기(120)로 유동시켜 배양하게 되며, 어느 정도 성장이 이루어진 미세조류는 광합성량도 증가하고, 대사작용도 활발해 짐에 따라 그에 적절하도록 기능성 입자(A)에 충진되는 물질의 양을 늘려 이를 적절하게 맞추어 줌으로써, 보다 효율적인 배양이 가능하고, 회수가능한 정도로 성장한 미세조류는 3차 반응기(130)로 유동시켜 집중적으로 분리 및 회수가 가능케 함으로써 보다 높은 회수효과를 얻을 수 있게 된다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 미세조류 배양 시스템에 의하면, 여러가지 기능을 가지는 기능성 입자를 배양액 내에서 유동시켜 미세조류 배양에 필요한 여러 기능들을 배양액 내에 균일하게 분포시킴으로써 대량의 미세조류 배양 및 미세조류의 성장에 따라 적절한 환경을 조성함으로써, 기존 배양 시스템이 갖던 대량배양에 있어서의 문제점을 해결하는 것이 가능하면서도, 고효율의 배양 시스템을 구현할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (35)

  1. 내부에 배양액을 보유하는 반응기(100);를 포함하며,
    상기 배양액은 기능성 입자(A)를 포함하는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기(100)와 유체소통하는 재생부(300) 및 회수부(400)를 더 포함하며,
    상기 기능성 입자(A)는 상기 재생부(300)로 유입되어 그 기능이 재생되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기능성 입자(A)는 다수이며, 상기 다수의 기능성 입자(A)는 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), 유해성분 흡착입자(A3), CO2 공급입자(A4) 및 미세조류 회수입자(A5) 중 어느 하나 이상을 포함하는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광 공급입자(A1), 상기 영양분 공급입자(A2), 상기 유해성분 흡착입자(A3) 및 상기 CO2 공급입자(A4)는 상기 각 입자의 외부를 이루는 중공의 캡슐을 각각 포함하는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광 공급입자(A1)는 상기 캡슐 내부에 발광물질이 충진되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 영양분 공급입자(A2)는 상기 캡슐 내부에 영양분 공급물질이 충진되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 CO2 공급입자(A4)는 상기 캡슐 내부에 CO2가 충진되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 유해성분 흡착입자(A3)는 상기 캡슐 내부에 유해성분 흡착물질이 충진되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 미세조류 회수입자(A5)는 표면에 다수개의 돌기가 형성되어, 배양된 미세조류를 포획하는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), 유해성분 흡착입자(A3), CO2 공급입자(A4) 및 미세조류 회수입자(A5) 중 어느 하나 이상이 자성을 가지고,
    상기 재생부(300) 또는 회수부(400)가 자성을 가짐으로써 상기 자성을 가지는 입자가 분리되어 상기 재생부(300) 또는 회수부(400)로 유동되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), 유해성분 흡착입자(A3), CO2 공급입자(A4) 및 미세조류 회수입자(A5)는 기설정된 범위의 비중을 갖는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), 유해성분 흡착입자(A3), CO2 공급입자(A4) 및 미세조류 회수입자(A5)는 상기 기설정된 범위에서 각각 다른 비중을 가짐으로써 상기 각 입자가 분리되어 상기 재생부(300) 또는 회수부(400)로 유동되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  13. 제 4 항에 있어서,
    상기 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), 유해성분 흡착입자(A3), CO2 공급입자(A4) 및 미세조류 회수입자(A5) 중 어느 둘 이상의 입자가 연결선으로 연결된,
    미세조류 대량배양 시스템.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 재생부(300)는 광원 또는 전력공급수단을 구비하고,
    상기 광 공급입자(A1)가 상기 재생부(300)로 유동하여 상기 광원 또는 전력공급수단에 의해 상기 광 공급입자(A1)에 충진된 발광물질이 재생되어 상기 반응기(100) 내로 재유입되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  15. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재생부(300)는 그 내부에 발광물질, 유해성분 흡착물질 또는 CO2를 보유하고,
    상기 영양분 공급입자(A2), 유해성분 흡착입자(A3) 또는 CO2 공급입자(A4)는, 상기 재생부(300)로 유동하여 상기 재생부(300)에 보유된 영양분 공급물질, 유해성분 흡착물질 또는 CO2를 각각 재충진하여 상기 반응기(100) 내로 재유입되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 미세조류 회수입자(A5)는, 상기 회수부(400)로 유동하여 상기 반응기(100)로 재유입되며,
    상기 회수부(400)는 그 내부로 유입된 상기 미세조류 회수입자(A5)에 포획된 미세조류를 냉동 또는 건조하는 냉동수단 또는 건조수단을 구비하는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 회수부(400)는 상기 냉동 또는 건조된 미세조류 회수입자(A5)에 회전, 초음파 또는 진동을 가하여 상기 포획된 미세조류를 상기 미세조류 회수입자(A5)로부터 분리하는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  18. 제 3 항에 있어서,
    상기 반응기(100)는,
    1차 반응기(110), 상기 1차 반응기(110)와 유체소통하는 2차 반응기(120) 및 상기 2차 반응기(120)와 유체소통하는 3차 반응기(130)를 포함하고,
    상기 재생부(300)는,
    상기 1차 반응기(110)와 유체소통하는 제 1 재생부(310), 상기 2차 반응기(120)와 유체소통하는 제 2 재생부(320) 및 상기 3차 반응기(130)와 유체소통하는 제 3 재생부(330)를 포함하며,
    상기 회수부(400)는 상기 제 3 재생부(330)와 유체소통하는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 광 공급입자(A1), 상기 영양분 공급입자(A2), 상기 유해성분 흡착입자(A3) 및 상기 CO2 공급입자(A4)는 상기 각 입자의 외부를 이루는 중공의 캡슐을 각각 포함하는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 광 공급입자(A1)는 상기 캡슐 내부에 발광물질이 충진되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 영양분 공급입자(A2)는 상기 캡슐 내부에 영양분 공급물질이 충진되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 CO2 공급입자(A4)는 상기 캡슐 내부에 CO2가 충진되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 유해성분 흡착입자(A3)는 상기 캡슐 내부에 유해성분 흡착물질이 충진되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 미세조류 회수입자(A5)는 표면에 다수개의 돌기 또는 섬모가 형성되어, 배양된 미세조류를 포획하는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), 유해성분 흡착입자(A3), CO2 공급입자(A4) 및 미세조류 회수입자(A5) 중 어느 하나 이상이 자성을 가지고,
    상기 각 재생부(310, 320, 330) 또는 회수부(400)가 자성을 가짐으로써 상기 자성을 가지는 입자가 분리되어 상기 각 재생부(310, 320, 330) 또는 회수부(400)로 유동되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), 유해성분 흡착입자(A3), CO2 공급입자(A4) 및 미세조류 회수입자(A5)는 기설정된 범위의 비중을 갖는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), 유해성분 흡착입자(A3), CO2 공급입자(A4) 및 미세조류 회수입자(A5)는 상기 기설정된 범위에서 각각 다른 비중을 가짐으로써 상기 각 입자가 분리되어 상기 재생부(310, 320, 330) 또는 회수부(400)로 유동되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  28. 제 19 항에 있어서,
    상기 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), 유해성분 흡착입자(A3), CO2 공급입자(A4) 및 미세조류 회수입자(A5) 중 어느 둘 이상의 입자가 연결선으로 연결된,
    미세조류 대량배양 시스템.
  29. 제 20 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 공급입자(A1), 상기 영양분 공급입자(A2), 상기 CO2 공급입자(A4) 및 상기 유해성분 흡착입자(A3)는 상기 1차 반응기(110)와 제 1 재생부(310), 및 상기 2차 반응기(120)와 상기 제 2 재생부(320) 사이를 각각 순환하고,
    상기 미세조류 회수입자(A5)는 상기 3차 반응기(130)와 상기 제 3 재생부(330) 사이를 순환하는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 2차 반응기(120)와 제 2 재생부(320)를 순환하는 상기 광 공급입자(A1), 상기 영양분 공급입자(A2), 상기 CO2 공급입자(A4) 및 상기 유해성분 흡착입자(A3)에 충진되는 상기 발광물질, 상기 영양분 공급물질, 상기 CO2 및 상기 유해성분 흡착물질 각각의 양이 상기 1차 반응기(110)와 제 1 재생부(310)를 순환하는 상기 광 공급입자(A1), 상기 영양분 공급입자(A2), 상기 CO2 공급입자(A4) 및 상기 유해성분 흡착입자(A3)에 충진되는 상기 발광물질, 상기 영양분 공급물질, 상기 CO2 및 상기 유해성분 흡착물질 각각의 양보다 많은,
    미세조류 대량배양 시스템.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 재생부(310, 320)는 광원 또는 전력공급수단을 각각 구비하고,
    상기 광 공급입자(A1)가 상기 제 1 및 제 2 재생부(310, 320)로 유동하여 상기 광원 또는 전력공급수단에 의해 상기 광 공급입자(A1)에 충진된 발광물질이 재생되어 상기 1차 반응기(110) 및 2차 반응기(120) 내로 재유입되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  32. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 재생부(310, 320)는 그 내부에 발광물질, 유해성분 흡착물질 또는 CO2를 보유하고,
    상기 영양분 공급입자(A2), 유해성분 흡착입자(A3) 또는 CO2 공급입자(A4)는, 상기 제 1 및 제 2 재생부(310, 320)로 유동하여 상기 제 1 및 제 2 재생부(310, 320)에 보유된 발광물질, 유해성분 흡착물질 또는 CO2를 각각 재충진하여 상기 1차 반응기(110) 및 2차 반응기(120) 내로 재유입되는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  33. 제 24 항에 있어서,
    상기 미세조류 회수입자(A5)는, 상기 회수부(400)로 유동하여 상기 3차 반응기(130)로 재유입되며,
    상기 회수부(400)는 그 내부로 유입된 상기 미세조류 회수입자(A5)에 포획된 미세조류를 냉동 또는 건조하는 냉동수단 또는 건조수단을 구비하는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 회수부(400)는 상기 냉동 또는 건조된 미세조류를 회전 또는 진동을 가하여 상기 포획된 미세조류를 상기 미세조류 회수입자(A5)로부터 분리하는,
    미세조류 대량배양 시스템.
  35. 제 3 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 기능성 입자(A)는 상기 광 공급입자(A1), 영양분 공급입자(A2), 유해성분 흡착입자(A3), CO2 공급입자(A4) 및 미세조류 회수입자(A5) 중 둘 이상이 일체로 형성된,
    미세조류 대량배양 시스템.
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