초록 ▼

미세조류의 적정 생장 조건을 분석하고, 생산성을 향상시키기 위한 다양한 광환경을 실험실에서의 2 L, 20 L 급 다양한 광생물반응기 구조를 바탕으로 연구를 진행하였다. 광생물반응기의 내부의 환경조절을 위해서는 적절한 혼합이 필수적이며, 경제성 및 효과를 고려하였을 때, 광합성에 필수적인 이산화탄소와 교반을 동시에 제공할 수 있는 버블 주입식 광생물 반응기에 대한 연구를 진행하였다. 적정 구조 개발을 위하여 다양한 현장실험의 한계점을 효과적으로 극복하기 위하여 미세조류 배양용 광생물 반응기의 유체역학적인 다양한 수리적 조건을 규명하

미세조류의 적정 생장 조건을 분석하고, 생산성을 향상시키기 위한 다양한 광환경을 실험실에서의 2 L, 20 L 급 다양한 광생물반응기 구조를 바탕으로 연구를 진행하였다. 광생물반응기의 내부의 환경조절을 위해서는 적절한 혼합이 필수적이며, 경제성 및 효과를 고려하였을 때, 광합성에 필수적인 이산화탄소와 교반을 동시에 제공할 수 있는 버블 주입식 광생물 반응기에 대한 연구를 진행하였다. 적정 구조 개발을 위하여 다양한 현장실험의 한계점을 효과적으로 극복하기 위하여 미세조류 배양용 광생물 반응기의 유체역학적인 다양한 수리적 조건을 규명하였으며, 미세조류의 생장을 극대화하기 위한 적정 광환경에 대한 연구를 진행하였다. 또한 현장실험의 한계를 극복하기 위하여 전산유체역학 (CFD, Compuational fluid dynamics) 시뮬레이션을 활용하여 버블컬럼 광생물반응기 모델을 개발하였으며, 현장실험의 결과를 바탕으로 미세조류의 광량, 이산화탄소 농도, 온도에 따른 생장 모델을 개발하였다. 또한 구조별 정량적 분석을 위하여 혼합효율평가 방안을 개발하였다.

Abstract ▼

Renewable energy has been interested as a countermeasure for the fossil energy depletion and carbon dioxide reduction. Bio-diesel using vegetable oils is one of the most desirable renewable energy because it can be an alternate diesel to petroleum. However, the bio-diesel from soybean or corn, etc.

Renewable energy has been interested as a countermeasure for the fossil energy depletion and carbon dioxide reduction. Bio-diesel using vegetable oils is one of the most desirable renewable energy because it can be an alternate diesel to petroleum. However, the bio-diesel from soybean or corn, etc. can be confronted with food crisis. Microalgae has recently been researched as a new bio-diesel source which has not only contain high oil lipid with high growth rate but also with value-added products such as cosmetics, health functional food or pharmacy from the residue. Because pond production system has limitations in unstable weather conditions and insufficient land availability especially in Korea, photo-bioreactors (PBRs) is essential for their cultivation. More so, controlling the suitable environments such as light, nutrients, carbon dioxide, temperature, etc in the PBR is possible. Despite the availability of PBRs at present, only few can be practically used for mass production due to some limitations.
In this study, computational fluid dynamics (CFD) was used to design an optimum bubble-column PBR for mass production of microalgae based on the PBR growing experiments at indoor and outdoor. In the 2 L PBR experiments, various light conditions including operation methods were analyzed in order to find an optimum cultivation conditions for microalgae in the PBRs. These data were also used to validate the CFD simulation model for bubble column PBRs. A growth model for Chlorella sp. in the PBRs purposely for CFD simulation is proposed. the model accounted the effect of the main growth factors of microalgae such as light intensity, temperature, and carbon dioxide concentration. Laboratory experiments at indoor and outdoor were initially conducted independently for each growth factor to determine the optimum values required for the algae. Experimental results obtained optimum value of 250~300 ${\mu}E$/$m^2$/s, ${25^{\circ}C}$ and 10% for light intensity, temperature and CO2, respectively. The three dimensional CFD was developed after verifications such as bubble movement, meshes & times step independent test. The model was also validated with PIV(particle image velocimetry)test. Various types of PBRs were simulated and compared quantitatively with consideration of the microalgae's growth model. This research can be used as basic techniques for microalgae production on a large scale.

목차 Contents

• 표지...1
• 요약문...3
• SUMMARY...15
• 제 1 장 서 론...16
• 제1절 연구 개발의 필요성...16
• 제2절. 연구 개발의 목적...21
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...22
• 제1절 국내외 기술 현황...22
• 제2절 종합...23
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...25
• 제1절 미세조류 대량생산을 위한 농업생산시설의 최적 설계...25
• 제2절 미세조류 대량 배양용 광생물 반응기의 광에너지 최적화...95
• 제3절 미세조류 생산용 광생물 반응기 개발...128
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...146
• 제1절. 목표대비 대외달성도...146
• 제2절. 정량적 연구 성과...147
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...151
• 제 6 장 참고문헌...153