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미세조류 옥외 배양시스템을 이용한 바이오디젤 생산 및 도시하수 영양 염류 제거

Production of Biodiesel and Nutrient Removal of Municipal Wastewater using a Small Scale Raceway Pond

한국미생물·생명공학회지 = Korean journal of microbiology and biotechnology, v.41 no.2, 2013년, pp.207 - 214  

강시온 (한국생명공학연구원 환경바이오연구센터) ,  김병혁 (한국생명공학연구원 환경바이오연구센터) ,  오희목 (한국생명공학연구원 환경바이오연구센터) ,  김희식 (한국생명공학연구원 환경바이오연구센터)

초록
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화석연료의 매장량 한계와 해로운 영향으로 인하여 이를 대신할 대체 에너지연구가 요구되고 있다. 최근, 미세조류를 통한 바이오에너지 생산이 주목을 받고 있으며, 도시하수를 영양원으로 이용하여 미세조류를 배양하는 것은 생산비용을 낮추는 좋은 대안이 될 수 있다. 본 연구에서는 옥외 수질정화 배양 시스템(Small Scale Raceway Pond; SSRP)을 이용하여 적용했다. 실험에 사용한 도시하수는 하수종말처리장의 1차 침전지를 거친 유입수를 이용하였으며, 토착 미세조류를 SSRP에서 배양하였다. 체류시간 6일 운전 후 TN, TP, $NH_3-N$의 평균 제거 효율은 77.77%, 63.55%, 89.02%로 각각 나타났다. 또한 미세조류 내의 지질함량은 평균 19.51%로 나타났으며, FAME는 주로 18:n인 linolenate, linoleate로 이루어져 있음을 확인하였다. 18S rRNA 유전자 분석과 현미경 관찰을 통하여 녹조류인 Chlorella와 Scenedesmus가 우점하는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 통하여 도시하수는 미세조류 배양에 필요한 질소와 인을 제공할 수 있으며, 미세조류를 이용한 SSRP를 통하여 정화될 수 있는 가능성을 확인하였다. 또한 미세조류 배양을 통해 얻어진 바이오매스바이오디젤 전환을 통하여 상업화될 수 있는 가능성을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A concerted effort to develop alternative forms of energy is underway due to fossil fuel shortages and its deleterious effects. Recently, bioenergy from microalgae has gained prominence and the use of municipal wastewater as a low cost alternative for a nutrient source has significant advantages. In...

주제어

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문제 정의

  • 따라서 본 연구는 유기성 폐수를 이용한 미세조류 배양의 효율적인 미세조류 바이오매스 획득 가능성과 생산된 바이오매스의 바이오 디젤 전환 가능성을 알아보고자 유기성 폐수 옥외 배양 시스템(Small Scale Raceway Pond, SSRP)을 적용하였다. 또한 미세조류의 성장을 통해 도시에서 발생되는 유기성 폐수의 영양염류 제거능을 탐색하고, SSRP에서 성장하는 미세조류의 군집을 분자생물학적 방법을 통해 분석하였다.
  • 본 연구는 유기성 폐수를 이용한 효율적인 미세조류 바이오매스 획득 가능성과 미세조류 배양을 통한 유기성 하·폐 수의 수질정화 가능성을 탐색하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
바이오 디젤 생산을 위한 미세조류 배양은 어떤 제한점이 있는가? 하지만 미세조류 배양에는 질소와 인과 같은 영양염류의 첨가와 많은 양의 물이 필요하며, 이는 미세조류를 이용한 바이오디젤 생산비용을 높이는 요인이 되고 있다[30]. 이에 반해, 미세조류 배양액으로 유기성 폐수를 이용한다면 바이 오매스 획득을 위한 미세조류 배양비용을 줄일 수 있으며, 동시에 폐수 처리효과도 기대해 볼 수 있다[6, 29].
미세조류를 이용한 바이오디젤 생산은 어떤 장점을 장점을 갖고 있는가? 이에 반해, 미세조류를 이용한 바이오디젤 생산은 단위면 적당 생산량이 뛰어나며 세계 곡물 시장에 영향을 주지 않는 이점을 가지고 있어, 농작물 유래 바이오연료가 가지고 있는 한계점을 극복할 수 있을 것으로 기대되고 있다[5, 17, 25]. 또한 미세조류의 광합성 작용을 통한 이산화탄소 고정 능력이 있으므로 온실가스 감축에도 기여할 수 있으며[5, 14, 25, 30], 바이오디젤을 생산하고 남은 미세조류 부산물은 가축사료로 이용할 수 있는 장점을 가지고 있다[1, 27, 29].
지구온난화를 일으키는 온실가스를 줄이기 위한 국가적 차원의 노력은 무엇이 있었는가? 또한 무분별한 화석연료의 사용은 막대한 온실가스를 발생시켰으며, 지구온난화와 같은 환경 문제를 야기했다[23]. 이에 대응하고자 교토의정서와 같은 국가적 차원의 기후변화협약을 통해 온실가스를 감축하려는 노력들이 시도되었다. 미국의 경우, 코펜하겐협약에서 2020년  까지 온실가스배출을 1990년 대비 3% 감축을 합의하였으며 [8], 2050년까지 단계적으로 온실가스 배출을 감축하여 2005년 기준 17% 수준으로 감축하는 목표를 법으로 규정하고 있다[13, 16]. 우리나라도 기후협약에 따라 온실가스배출을 2020년까지 2005년 대비 4% 감축해야 하며, 2020년 전망치 대비 30%를 감축하는 목표를 법으로 규정하고 있다[13, 24].
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참고문헌 (31)

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  30. Yun, Y. S., S. B. Lee, J. M. Park, C. I. Lee, and J. W. Yang. 1997. Carbon dioxide fixation by algal cultivation using wastewater nutrients. J. Chem. Tech. Biotechnol. 69: 451-455. 

  31. Yun, Y. S., J. M. Park, and J. W. Yang. 1996. Enhancement of CO2 tolerance of Chlorella vulgaris by gradual increase of CO2 concentration. Biotechnology Techniques 10: 713-716. 

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