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스피루리나 네번째 이야기미세조류를 이용한 바이오 연료유 생산
이철  |  ferhee@naver.com
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승인 2020.09.21  23:00:45
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다양한 유익한 성분의 미세조류는 또한 최근 화두가 되고 있는 신재생 에너지 중 바이오에너지로도 그 가치가 뛰어나다. 미세조류는 식물보다 태양에너지 이용효율이 약 25배, 이산화탄소 고정능력도 15배 정도가 높으며, 일반 식물에 비하여 5-10배의 바이오매스 생산성이 높고, 배양조건에 따라 체내에 지질을 최대 70%까지 축적할 수 있어, 단위 면적당 지질의 생산량은 식물에 비하여 50-100배 이상 높다.

단지, 더 수익성이 있는 재품군에 치우치다보니 바이오에너지로서의 목적 배양시설이 아직 초보적이라는 것이다. 아직까지는 미세조류를 이용한 바이오디젤 생산공정의 단가가 석유 기반 디젤의 생산공정에 비해 높기 때문에 경제성 확보를 통한 상용화에 어려움이 있는 실정이다.
그러나, 미세조류의 지질 생산성을 높이기 위하여 형질전환을 통한 우량 균주개발, 극지 미세조류의 신균종 분리 및 특성 연구를 통한 저온성 균주개발, 폐수 등 저가 기질의 이용 및 배양수 재활용을 통한 배양공정 단가의 절감, 수확 및 추출공정의 효율향상 등 생산공정의 경제성을 위한 산업적 활용을 목표로 하는 효율적인 생산기술을 통하면 충분히 바이오에너지로 자리매김을 할 수 있다.

최근에는 이러한 추세에 힘입어 다양한 배양기술등이 개발되어 진행중이다

   
 

1. 관형 광생물반응기(tubular photobioreactor)
   : 관형 광생물반응기는 미세조류 배양용 배지 저장기(medium reservoir)와 광수       집기(solar collector, tubular array)로 구성된다. 
     비용절감을 위해 광원은 태양광을 이용하고    대규모 스케일업(scale-up) 배양이 가능하도록     제작한다. 광수집기는 플라스틱 또는 유리재질의    투명관을 병렬로 연결하여 태양광을 잘 받도록    배열한다. 태양광의 투과를 높이기 위해 관의        직경은 0.1m 이내로 한다. 배지 저장기에는 신선한 배양용 배지가 일정한 속도로 계속적으로 공급되도록 하고, 동량의 배양된 배양액이 회수되도록 한다. 야간에는 배지의 공급을 중단하지만, 미세조류의 침강을 막기 위해 게속 교반해주어야한다. 통상적으로 주간에 생성된 미세조류 바이오메스의  25%는 야간의 세포활동을 유지하는데 사용된다.

     
 
     
 

2. 펀넬(Funnel) 형 광생물반응기   

   
 

   

 

 

 

 

 

 3. 컬럼(Colurm) 형 광생물반응기

   
 

 

 

 

 

 


4. 개방형 연못(Opened Pond)
    개방형 연못에서는 상층부에서만 광합성에    필요한 태양광을 받아들이므로, 대체로 수심    을 30cm 이상으로는 만들지 않는다. 이런 연    못형 에는 Dunaliella salina 같은 호염성 미    세조류는 높은 염도로 인해 다른 미생물이나    미세조류의 오염이 쉽게 일어나지 않아 개방형 연못 배양에 적합한 대표적인 종이다.

 

   
 

미세조류와 유지식물의 차이는 지질의 추출을 위해 서로 다른 처리과정들 을 이용한다는 것이다. 미세조류로부터 지질을 추출하기 위해 기계적 추출, 전기천공법, 초임계 이산화탄소 유체추출, 초음파등을 이용한 물리적인 미세조류 짜기(microalgae milking) 방법들도 제안되었지만 재활용이 가능한 화학물질로 직접 추출하는 방법이 현재 사용되고 있다.
건조된 미세조류 바이오매스의 처리과정들은 생산과 관련된 에너지 투입으로 인해 경제성이 낮아 건조되지 않은 미세조류 현탁액이나 농축된 미세조류(microalgal wet paste/cake)를 가지고 직접 처리하는 방법들을 선호하기도 한다
 때때로 미세조류 개체군의 변화와 배양환경의 변동으로 발생될 수 있는 중성지질, 인지질 및 당지질 등 전체 지질함량의 변화로 생산량 산출 등 복잡한 문제들은 여전히 제기될 수 있지만, 미세조류 지질은 일단 추출하고 정제하면 바이오디젤이나 그린디젤로 분리, 전환하는 과정을 거치고, 알콜을 촉매로 하여 반응 시키면 지방산 메틸에스테르 와 글리세롤이 생성되며, 지방산 메틸에스테르를 정제하면 바이오디젤이 된다. 또한 부산물로 얻어지는 글리세롤은 제약, 식품, 및 플라스틱 제품에 순도에 맞게 정제되어 이용되고 있다.

이와같이 미세조류는 다양한 분야에서 인류의 마지막 선택이 될수 있는 장점이 많은 자연의 산물인 것이다.

 

이철  ferhee@naver.com

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