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초음파를 이용한 미세조류 응집에 관한 수치해석 연구

A Numerical Study on the Agglomeration of Algae by the Ultrasonic Wave

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.25 no.1, 2016년, pp.23 - 28  

하지수 (계명대학교 기계자동차공학과) ,  심성훈 (한국기계연구원) ,  정상현 (한국기계연구원)

초록
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미세조류를 이용하여 바이오 연료화 하는 연구가 청정에너지 및 대체에너지 개발에 따라 많이 이루어지고 있다. 미세조류를 바이오 연료로 이용하기 위해서는 미세조류에 대한 배양과 수확, 회수, 추출, 에너지 전환에 이르는 종합적인 기술개발이 필요한데 각 부분 마다 바이오에너지 생산에 필요한 생산 비용이 가격 경쟁력 면에서 아직 문제점이 있다. 현재까지의 기술 개발은 주로 배양에 초점이 맞추어져 있으며 가격 경쟁력을 가지는 저비용의 응집, 수거, 탈수, 건조 및 연료 추출과정을 거치는 연료화 공정의 개발은 매우 미흡한 상태이다. 미세조류의 응집수거는 미세조류가 물과 유사한 밀도로 물에서 분리하기가 어려운 물질이기 때문에 저비용으로 미세조류를 응집하고 수거하는 기술이 필요하다. 미세조류의 응집과 수거를 위해 초음파를 공정에 이용하는 하이브리드 방식의 공정은 기존 공정에 비하여 환경 위해 요소가 거의 없으며 저비용 고효율의 공정으로써 다음 세대의 에너지 공급원 확보를 위해 연구가 필요한 분야이다. 본 연구는 미세조류의 바이오연료로 추출하기 위한 전단계 공정으로 물에 부양된 미세조류를 효과적으로 응집하기 위해 초음파를 조사할 경우에 일어나는 유동과 미세조류 거동에 대한 메카니즘을 수치해석을 통해 규명함으로써 초음파를 이용한 미세조류 응집에 대한 최적 설계의 토대를 정립하는 것을 목적으로 수행하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In spite of various merit of algae as biofuel, the production cost of algae is a considerable obstacle for commercialization. The concurrent development of essential technologies is needed for the cultivating, harvesting, extracting and energy transformation. The production cost of algae biofuel has...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구는 미세조류의 바이오연료로 추출하기 위한 전단계 공정으로 물에 부양된 미세조류를 효과적으로 응집하기 위해 초음파를 조사할 경우에 일어나는 유동과 미세조류 거동에 대한 메카니즘을 수치해석을 통해 규명함으로써 초음파를 이용한 미세조류 응집에 대한 최적 설계의 토대를 정립하는 것을 목적으로 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
미세녹조류가 장소에 구애를 적게 받고 성장시킬 수 있는 이유는 무엇인가? 미세녹조류는 CO 2, 물 및 태양에너지만 있으면 강, 호수, 바닷물, 폐수, 어느 곳이든 성장할 수 있으며, 또한 비옥한 토양을 필요로 하지 않기 때문에 장소에 구애를 덜 받고 성장시킬 수 있다. 미세조류를 이용하여 바이오 연료화 하는 연구는 많이 이루어지고 있다 [1-4] .
유입 속도를 매우 작게 한 것은 무엇을 잘 관찰하기 위함인가? 001m/s의 속도로 유입되고 출구압력경계에서 나가는 것으로 하였다. 유입 속도를 매우 작게 한 것은 횡 방향의 미세 녹조의 거동을 잘 관찰하기 위함이다. 또한 유입되는 것이 없으면 수치해석상에서 미세 녹조의 흐름을 관찰할 수 없기 때문이다.
본 연구에서 저비용으로 미세조류를 응집하고 수거하는 기술로서 주목하는 기술은 무엇인가? 미세조류의 응집 수거는 미세조류가 물과 유사한 밀도로 물에서 분리하 기가 어려운 물질이기 때문에 저비용으로 미세조류를 응집하고 수거하는 기술이 필요하다. 이를 위해 초음파[6-8] 를 공정에 이용하는 하이브리드 방식의 응집 및 수거하는 공정은 기존 공정에 비하여 환경 위해 요소가 거의 없으며 저비용 고효율의 공정으로써 다음 세대의 에너지 공급원 확보를 위해 연구가 필요한 분야이다.
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참고문헌 (8)

  1. Neelma Munir et. al, "Harvesting and processing of microalgae biomass fraction for biodiesel production (A Review)", Sci, Tech. and Dev., Vol. 32, No. 3, 235-243, (2013). 

  2. John J. Milledge, Sonia Heaven, "A review of the harvesting of micro-algae for biofuel production", Rev Environ Sci Biotechnol, Vol. 12, 165-178, (2013). 

  3. Jae-Yon Lee, et. al.,, "Comparison of several methods for effective lipid extraction from microalgae", Bioresource Technology, Vol. 101, 75-77, (2010). 

  4. S.V. Patankar, "Numerical Heat Transfer and Fluid Flow", 126-131, (1980). 

  5. B.R. Munson, et al.,"Fluid Mechanics", 329-416, (2013). 

  6. J.J. Harkes, et al., "Microparticle manipulation in millimetre scale ultrasonic standing wave chambers", Ultrasonic, Vol. 36, No. 9, 52-65, (2002). 

  7. B. Hosten, "Ultrasonic wave generation by timegated microwaves", J. of Acoustic Society of America, Vol. 104, No. 2, 38-45, (1998). 

  8. L. Zou, et. al., "Experimental investigation of an in-duct orifice with bias flow under medium and high level acoustic excitation", Int. Journal of Spray and Combustion Dynamics, Vol. 6, No. 3, 267-292, (2014). 

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