초록 ▼

○ Botryococcus braunii 의 △9 stearoyl-desaturase 유전자 분리 및 특성 규명
○ Chlamydomonas reinhardtii 에 BSS (Botryococcus Squalene Synthase) 유전자를 도입하는 형질전환에 성공
○ $CO_{2}$ 고정화 관련 Rubisco와 CCM의 염기서열 분석에 의한 계통적 다양성 확인 2개 분리 및 기능 규명
○ 연소 배가스 발생 시스템을 설치 (배가스량은 150 lpm)
○ 10-톤 규모의 개방형 수로 반응조 (

○ Botryococcus braunii 의 △9 stearoyl-desaturase 유전자 분리 및 특성 규명
○ Chlamydomonas reinhardtii 에 BSS (Botryococcus Squalene Synthase) 유전자를 도입하는 형질전환에 성공
○ $CO_{2}$ 고정화 관련 Rubisco와 CCM의 염기서열 분석에 의한 계통적 다양성 확인 2개 분리 및 기능 규명
○ 연소 배가스 발생 시스템을 설치 (배가스량은 150 lpm)
○ 10-톤 규모의 개방형 수로 반응조 (Raceway pond) 설치
○ 광생물반응기 2조 제작, 운용 (600-L x 2 set), 미생물응집제 활용 수확의 최적화
○ B. braunii 의 수확용으로 Paenibacillus polymyxa 유래 생물고분자응집제 개발
○ 배가스 배출 현장에서 미세조류 농도 조절과 효율적 수확을 위해 최적의 침전조 설계 및 응집시스템 도입
○ Microwave oven을 이용하는 간단하고 효율적인 지질추출법 개발
○ Wet biomass로부터 전 처리 후 지질 추출 (효율 66.7%)
○ 초임계전환법으로 지질을 바이오디젤로 전환 (17g->3.7 g)
○ 최적의 Biomass 대 촉매 비율로 단일 반응기에서 바이오디젤로 효율적으로 전환

Abstract ▼

1. Isolation and improvement of microalgae
- Isolation of microalgal strains for lipid production at high carbon dioxide concentration
- Genetic sequencing of photosynthesis related genes and analysis of their putative functions
- Research of microalgae genome to improve fixation efficiency

1. Isolation and improvement of microalgae
- Isolation of microalgal strains for lipid production at high carbon dioxide concentration
- Genetic sequencing of photosynthesis related genes and analysis of their putative functions
- Research of microalgae genome to improve fixation efficiency and biofuel productivity
- Effect of nitrogen limitation on oleic acid biosynthesis in Botryococcus braunii
- Induction of mutant microalgae with high growth and lipid content by Ethyl methane sulfonate treatment
- Transformation of microalgal strains
- Increasing γ-linolenic acid content in Spirulina platensis using fatty acid supplement and light–dark illumination
2. Development and optimization of outdoor mass cultivation system
- Development of closed photo-bioreactor and optimization of algal cultivation
- Optimization of light wavelength for the mass cultivation of Botyococcus braunii
- Systematic design for a raceway pond and a boiler for off-gas supply
- Optimization of microalgae cultivation using off-gas in a raceway pond
3. Development of effective harvesting method from cultured microalgae
- Harvest of Scenedesmus sp. by a bioflocculant and reuse of the culture medium for subsequent high density culture
4. Development of effective lipid extraction method and transesterification process from microalgae
- Comparison of several methods for effective lipid extraction from microalgae
- Investigation of scale-up feasibility of biodiesel conversion using pyrolysis
- One step transesterification of wet biomass

목차 Contents

• 표지 ... 2
• 제 출 문 ... 3
• 보고서 초록 ... 5
• 요 약 문 ... 7
• SUMMARY ... 17
• CONTENTS ... 29
• 목 차 ... 33
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 37
• 제 1 절 연구개발의 목적 ... 37
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 37
• 1. 기술적 측면 ... 37
• 2. 경제.산업적 측면 ... 38
• 3. 사회.문화적 측면 ... 39
• 제 3 절 연구개발의 범위 ... 39
• 1. 미세조류 균주 선별 및 개량 ... 39
• 2. 현장 대량배양 시스템 구축 및 최적화 ... 40
• 3. 배양된 미세조류의 효율적 수확법 개발 ... 40
• 4. 미세조류로부터 효율적인 지질추출 및 트랜스에스테르화 공정 개발 ... 40
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 41
• 제 1 절 국외의 기술개발 현황 ... 41
• 1. 미래를 바꿀 수 있는 5가지 기술로 선정 ... 41
• 2. 조류 바이오연료화에 대한 국제적 관심 고조 ... 43
• 3. 정부 및 산업계의 대규모 R and D 투자 ... 43
• 제 2 절 국내의 기술개발 현황 ... 46
• 1. 기후변화대응, 녹색기술 등 정책적 지원 ... 46
• 2. 2020년 CO2 배출전망치 대비 30% 감축목표 확정 (2009, 11. 17.) ... 46
• 3. 국내의 기술개발 현황 ... 48
• 4. 국내.외 기술수준 비교 ... 50
• 5. 현기술상태의 취약성 및 전망 ... 52
• 6. 국내외 관련기술의 시장현황 및 규모 ... 54
• 제 3 절 국내외 관련특허 동향 ... 55
• 1. 특허 출원동향 분석 ... 55
• 제 4 절 미세조류를 이용한 생물학적 CO2 고정화 기술 동향 ... 57
• 1. 광합성 미생물의 유전체 구조 및 기능 ... 57
• 2. 균주개량에 의한 CO2 고정화 효율 증대 ... 58
• 3. 광합성 미생물 반응기 및 배양공정의 개발 ... 59
• 4. 생물학적 CO2 고정화의 scale-up 배양 ... 63
• 5. Biomass로부터 고부가 유용물질 생산 ... 65
• 6. 광합성 미생물의 유전체 구조 및 기능 ... 72
• 7. 균주개량에 의한 CO2 고정화 및 바이오디젤 생산효율 증대 ... 72
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 주요 결과 ... 85
• 제 1 절 미세조류 균주 선별 및 개량 ... 85
• 1. 고농도 이산화탄소에서 지질 생산을 위한 균주 선별 ... 85
• 2. 미세조류 광합성 유전자 분리 및 기능 규명 ... 93
• 3. 고정화 효율 및 생물연료 생산성 향상을 위한 미세조류 유전체 연구 ... 100
• 4. 질소원 결핍이 Botryococcus braunii 의 oleic acid 생합성에 미치는 영향 ... 117
• 5. EMS (Ethyl methane sulfonate) 처리에 의한 생장과 지질함량이 우수한 미세조류 돌연변이 유도 ... 132
• 6. 미세조류 형질전환 ... 135
• 7. 지방산 첨가와 L/D cycle에 의한 Spirulina platensis 의 γ-linolenic acid 증가유도 ... 140
• 제 2 절 현장 대량배양 시스템 구축 및 최적화 ... 154
• 1. 광생물반응기 개발 및 배양 최적화 ... 154
• 2. Botryococcus braunii 의 최적생장 광질조건 탐구 ... 162
• 3. 배가스를 이용한 옥외 개방형 배양조 개발 및 배양 최적화 ... 168
• 4. 배가스를 이용한 광생물반응기/반응조 운영 및 개선점 도출 ... 175
• 제 3 절 배양된 미세조류의 효율적 수확법 개발 ... 179
• 1. 생물응집제를 이용한 Scenedesmus sp.의 수확 기술과 동종의 고밀도 배양을 위한 배양액 재이용 기술 ... 179
• 제 4 절 미세조류로부터 효율적인 지질추출 및 트랜스에스테르화 공정 개발 ... 199
• 1. 미세조류로부터 효과적인 지질 추출을 위한 방법 비교 ... 199
• 2. 미세조류로부터 효율적인 direct transesterification 방법 개발 ... 206
• 3. 바이오디젤 전환의 Scale-up 가능성 검토 ... 212
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 215
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 219
• 제 1 절 활용계획 ... 219
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 221
• 제 1 절 미세조류 연구의 활성화 ... 221
• 제 2 절 Biomass 자원으로서의 미세조류 ... 222
• 제 3 절 생물학적 CO2 고정화의 효율, 경제성 분석 및 제안 ... 225
• 제 7 장 연구시설.장비 현황 ... 229
• 제 8 장 참고문헌 ... 231
• 첨부 1 연구개발결과 활용보고서 ... 245
• 첨부 2 연구결과 배포 결과 보고서 ... 251