이산화탄소 농도 및 유속에 따른 하천 내 미세조류의 이산화탄소 고정 효과

박효민,이상돈 한국습지학회 2018 한국습지학회지 Vol.20 No.4

One of the recent environmental problems is climate change due to the increase of atmospheric CO2, which causes ecological changes and various environmental problems. Therefore, various studies are being carried out to reduce CO2 in the world in order to solve various environmental problems caused by increase of CO2. The CO2 reduction using microalgae is an environmentally friendly method by using photosynthesis reaction of microalgae. However, most studies using single species. There is no study on the CO2 fixing efficiency of microalgae in natural rivers. Therefore, this study was to identify the microalgae in the Sum river and to analyze the growth characteristics of microalgae in the river to obtain optimal culture conditions. And the changes of biomass and chlorophyll-a of microalgae were analyzed according to CO2 concentration and injection rate. The purpose of this study was to investigate the fixing efficiency of carbon dioxide in microalgae in natural rivers. Six kinds of dominant species were observed as a result of the identification of microalgae in Sum river(Ankistrodesmus falcatus, Scenedesmus intermedius, Selenodictyum sp., Xanthidium apiculatum var. laeve, Cosmarium pseudoquinarium, Dictyosphaerium pulchellum ). All of these species were green algae. Biomass and chlorophyll-a increased with the increase of CO2 concentration and biomass and chlorophyll-a increased faster flow rate at the same CO2 concentration. Also, the quantity of CO2 fixation on the microalgae tended to be higher when the flow rate of injected gas was faster. This study can be referred as being significant in the micro-algae in river. In addition, the optimal conditions for CO2 fixation of microalgae in rivers and the quantification of the quantity of CO2 fixation from microalgae in rivers can be used as basic data for future policy of CO2 reduction. 최근 환경 문제로 대두되고 있는 것 중 하나는 대기 중 CO2의 증가로 인한 기후변화이다. 이에 대한 영향으로 생태계가변화하고 있으며, 다양한 환경문제가 발생되고 있다. 이로 인해 전 세계적으로 CO2 저감을 위한 다양한 연구들이 수행중이며, 이 중 미세조류를 이용한 CO2 저감 방안은 환경 친화적인 방법이라 할 수 있다. 그러나 미세조류를 이용한CO2 저감 방안은 대부분 단일 종을 대상으로 하고 있으며, 자연 하천을 대상으로 한 미세조류의 CO2 고정 효율에 대한연구는 전무한 실정이다. 그러므로 본 연구는 우리나라 하천 내 존재하는 미세조류들을 파악하고, 미세조류의 생장특성을분석하여 최적의 배양조건을 도출 하였다. 그리고 CO2 농도와 주입 속도에 따른 미세조류의 biomass와 클로로필 a의변화를 분석하여 자연 하천 내 존재하는 미세조류의 CO2 고정효율에 대해 연구하고자 하였다. 섬강 내 존재하는 미세조류를배양하여 동정한 결과 6종의 우점종(Ankistrodesmus falcatus, Scenedesmus intermedius, Selenodictyum sp., Xanthidium apiculatum var. laeve, Cosmarium pseudoquinarium, Dictyosphaerium pulchellum)이 관찰되었으며, 이 종들은 모두녹조류에 해당하였다. 한편 이산화탄소 농도 구배(5% CO2, 10% CO2, 15%CO2, 대기조건의 가스 0.038% CO2)와 유속(0.25, 0.5LPM)이 다른 가스를 주입하여 미세조류의 biomass와 클로로필 a의 변화를 살펴본 결과 이산화탄소의 농도가 증가할수록 biomass와 클로로필 a가 증가하였으며, 같은 이산화탄소 농도에서는 유속이 더 빠른 곳에서 미세조류의 biomass와클로로필 a의 양이 더 증가하였다. 또한 미세조류에 고정화된 이산화탄소의 양은 주입되는 가스의 유속이 빠를수록 고정되는 이산화탄소의 양이 더 높아지는 경향을 보였다. 본 연구는 기존의 단일 종에서 행해지는 연구가 아닌 하천 전체의미세조류를 대상으로 수행한 연구이며, 하천 내 존재하는 미세조류의 이산화탄소 고정을 위한 최적의 조건을 도출하고, 하천 내 존재하는 미세조류로부터 고정화된 이산화탄소의 양을 정량화하여 향후 이산화탄소 감축을 위한 정책을 위한기초자료에 이용할 수 있다는 것에 큰 의의가 있다.

A-39 : 미세조류와 질산화 박테리아의 co-culture 우수성 평가

최경진,황선진 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

기본적으로 박테리아는 유기물로부터 에너지를 획득하고 성장하는 과정에서 산소를 소비하고 이산화탄소를 발생시키며, 미세조류는 빛과 이산화탄소를 이용해 광합성 하는 과정에서 영양물질을 흡수하고, 산소를 생산한다. 이러한 미세조류와 박테리아를 혼합배양(co-culture)할 경우, 미세조류는 박테리아의 활성에 필요한 산소를 공급하고, 박테리아는 미세조류의 광합성에 필요한 이산화탄소를 공급함으로써 서로 공생관계를 유지하게 된다. 본 연구에서는 미세조류와 박테리아의 공생관계를 하폐수처리에 적용하는 연구의 일환으로, 하폐수처리 공정 내에서 질소 제거에 있어 가장 큰 역할을 담당하고 있는 박테리아인 질산화 박테리아와 미세조류와의 co-culture에 대한 연구를 진행하였다. 질산화 박테리아는 독립영양미생물로써, 유기물 대사는 하지 못하지만 하수처리에서 중요한 질소제거 관점에서 봤을 때, 미세조류의 NH4+ 및 NO3-의 섭취와 박테리아의 질산화에 따른 NH4+의 제거 및 NO3-의 생성에 의해 하수 내 질소의 상호 보완적 구조를 갖기 때문이다. 질산화 박테리아와 미세조류의 co-culture로 인한 효과를 파악하기 위해, 미세조류만 있는 조건과 질산화 박테리아만 있는 조건을 대조군(control)으로 설정하였다. 반응기는 2.5L 용량의 원통형 반응기를 사용하였으며, working volume은 2L로 하여 운전하였다. 폭기는 박테리아 단일조건에만 0.1 vvm으로 약하게 해주었으며, 슬러지와 미세조류의 침강을 막기 위해 세 조건 모두 150 rpm으로 교반해주었다. 실험에 사용한 배지는 modified BBM 배지로, 초기농도 NH4-N 50 mg/L, NO3-N 50 mg/L, PO4-P 15 mg/L로 설정하였다. 실험 결과, 미세조류와 질산화 박테리아의 co-culture 조건이 미세조류 및 박테리아 단일조건과 비교하여 질소(NH4-N, NO3-N) 및 인 제거속도 모두 월등히 빠르게 나타났으며, 미세조류 성장속도 및 성장량 측면에는 큰 차이가 나타나지 않았다.

질소 고갈조건이 Chlorella vulgaris 의 호흡 및 광합성량에 미치는 영향

공태원 ( Tae-won Kong ),남귀숙 ( Gui-sook Nam ),황선진 ( Sun-jin Hwang ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

전국의 농업용 저수지는 총 17,679개소가 설치(2006년 기준)되어 있으며, 이 중에서 자치단체 관할 저수지가 14,360개소, 한국농어촌공사 관할 저수지가 3,319개소이다. 설치년도 별로 보면 1945년 이전에 설치한 저수지가 전체의 53.1%를 차지하며, 노후화된 저수지에 대한 관리가 시급한 실정이다(국가 수자원관리 종합정보시스템, 2015). 특히 저수지는 비점오염원의 유입이 많고, 생활하수의 영향도 많이 받고 있으며, 폐쇄성 정체수역을 형성하여 하천수 보다 수질관리가 어렵다. 이러한 저수지의 수질정화 및 영양염류 제거에 있어 미세조류를 적용하는 연구가 최근 활발히 진행 중이다. 저수지에 유입되는 영양염류 제거를 위해 미세조류를 적용했을 때, 미세조류의 활성은 다양한 외부인자에 의해 영향을 받게 된다. 미세조류 활성에 영향을 미치는 인자로는 pH, 영양염류의 농도, 온도, 광도, 유속 등이 있으며, 이로 인해 미세조류의 영양염류 제거효율이나 성장량 등이 영향을 받게 된다. 저수지 수질개선의 방법으로 미세조류를 적용하기 위해서는 매일 달라지는 저수지의 영양염류 성상에 대응하여 미세조류의 활성이 유지되어야 한다. 선행연구에 따르면, 미세조류 배지 내 질소가 고갈되면, 생장에 필요한 질소원으로서 미세조류의 chl-a를 이용하게 된다. 미세조류 내 chl-a가 줄어들게 되면 광합성에 필요한 빛 에너지 집적에 저해가 생겨 전자전달 효율이 떨어지기 때문에 ATP 및 NADPH 생성이 줄어들게 된다. 결과적으로 광합성 효율의 저하로 인해 미세조류의 대사 활성이 줄어든다고 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 질소 고갈조건을 일정기간 조성했을 때, 미세조류의 활성에 어떤 변화가 생기는지, 이후 질소가 충분히 유입되었을 때의 활성회복 특성에 대하여 검토했다. 미세조류 활성의 척도로는 광합성량과 호흡량을 측정했고, 영양염류 제거량 및 성장량의 변화도 평가했다. 사사: 이 논문은 2018년도 한국농어촌공사 기본연구과제 및 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. NRF-2017R1A2B4008906).

Microwave를 이용한 미세조류로부터 오일 추출 및 바이오디젤 생산

김덕근(Kim, Deogkeun),최병윤(Choi, Byoungyun),김성민(Kim, Sungmin),오유관(Oh, Youkwan) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

빛과 공기 중의 이산화탄소를 고정화하여 생성되는 바이오매스(biomass)로부터 다양한 에너지 및 물질을 생산하는 연구는 석유고갈과 환경문제 해결의 한 방안으로서 활발히 진행되어 왔으며, 앞으로도 그 지속 가능성과 환경 친화성에 의해 바이오에너지 이용 및 보급은 꾸준한 증가세를 보일 것으로 전망된다. 바이오디젤, 바이오에탄올의 경우는 미국, 브라질, EU, 한국 등에서 상용화되어 사용되고 있으며 그 생산량이 계속적으로 증가하고 있다. 하지만, 바이오연료의 보급 증가는 식량 자원과의 충돌과 열대우림 파괴 등의 부작용을 일으키고 있다. 이러한 문제 해결의 일환으로 단위면적당 생산성이 대두, 유채보다 월등한 것으로 보고되는 미세조류에 대한 관심이 증가하고 있으며 우수 미세조류종 개발, 미세조류 고속배양 및 수확, 미세조류로부터 에너지 및 유용물질, 소재 생산에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 미세조류로부터 바이오디젤 원료유를 생산하기 위해 Soxhlet을 이용한 추출 방법을 이용하였다. 추출되는 오일은 사용 용매의 극성에 따라 물성과 추출 효율에 차이가 큰 것으로 나타났다. 강한 극성의 용매일 경우, 엽록소와 단백질이 같이 추출되는 문제가 있으며 약한 극성 용매는 세포벽의 방해로 용매가 세포내부로 흡수되지 못하는 문제가 있다. 추출 효율이 높은 극성용매의 경우 불순물을 제거해야 고순도의 바이오디젤의 생산이 가능하고 비극성 용매는 추출 오일의 물성은 좋으나 수율이 매우 낮게 측정되었다. 이러한 동시추출을 방지함과 동시에 추출 효율을 높이기 위해 본 연구에서는 세포벽 파괴 후 용매추출하는 방법으로서 미세조류를 Microwave에 노출시켜 오일 추출율을 증가시키는 전처리 연구를 수행하였다. 전처리시, Microwave에 의한 열 발생은 미세조류를 탄화시키기 때문에 열매체로서 물을 혼합하여 탄화를 방지하고 세포벽 내외부의 가열효과로 세포벽을 파괴하고자 하였다. Microwave에 의한 에너지 손실을 줄이며 세포벽 파괴에 효과적인 수분혼합비를 조사하였으며 Microwave에 노출 후 잔류수분을 건조하고 효율적으로 용매를 접촉시키기 위해 분쇄를 수행하였다. 모든 전처리 반응을 거친 미세조류에서 약 2배 증가된 추출수율을 얻을 수 있었으며, SEM을 통해 전처리 미세조류와 미전처리 미세조류를 분석해본 결과 전처리 미세조류의 다공성이 증가함을 확인하였다. 또한, 90%의 메탄올에 미세조류를 녹여 엽록소 함유량을 측정한 결과, 전처리 미세조류의 엽록소가 미전처리 미세조류보다 약 7배가량 감소함을 확인할 수 있었다.

미세조류와 질산화 박테리아의 co-culture 우수성 평가

최경진,황선진 한국폐기물자원순환학회 2013 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2013 No.2

기본적으로 박테리아는 유기물로부터 에너지를 획득하고 성장하는 과정에서 산소를 소비하고 이산화탄소를 발생시키며, 미세조류는 빛과 이산화탄소를 이용해 광합성 하는 과정에서 영양물질을 흡수하고, 산소를 생산한다. 이러한 미세조류와 박테리아를 혼합배양(co-culture)할 경우, 미세조류는 박테리아의 활성에 필요한 산소를 공급하고, 박테리아는 미세조류의 광합성에 필요한 이산화탄소를 공급함으로써 서로 공생관계를 유지하게 된다. 본 연구에서는 미세조류와 박테리아의 공생관계를 하폐수처리에 적용하는 연구의 일환으로, 하폐수처리 공정 내에서 질소 제거에 있어 가장 큰 역할을 담당하고 있는 박테리아인 질산화 박테리아와 미세조류와의 co-culture에 대한 연구를 진행하였다. 질산화 박테리아는 독립영양미생물로써, 유기물 대사는 하지 못하지만 하수처리에서 중요한 질소제거 관점에서 봤을 때, 미세조류의 NH4+ 및 NO3-의 섭취와 박테리아의 질산화에 따른 NH4+ 의 제거 및 NO3-의 생성에 의해 하수 내 질소의 상호 보완적 구조를 갖기 때문이다. 질산화 박테리아와 미세조류의 co-culture로 인한 효과를 파악하기 위해, 미세조류만 있는 조건과 질산화 박테리아만 있는 조건을 대조군(control)으로 설정하였다. 반응기는 2.5L 용량의 원통형 반응기를 사용하였으며, working volume은 2L로 하여 운전하였다. 폭기는 박테리아 단일조건에만 0.1 vvm으로 약하게 해주었으며, 슬러지와 미세조류의 침강을 막기 위해 세 조건 모두 150 rpm으로 교반해주었다. 실험에 사용한 배지는 modified BBM 배지로, 초기농도 NH4-N 50 mg/L, NO3-N 50 mg/L, PO4-P 15 mg/L로 설정하였다. 실험 결과, 미세조류와 질산화 박테리아의 co-culture 조건이 미세조류 및 박테리아 단일조건과 비교하여 질소(NH4-N, NO3-N) 및 인 제거속도 모두 월등히 빠르게 나타났으며, 미세조류 성장속도 및 성장량 측면에는 큰 차이가 나타나지 않았다.

수처리용 미세조류 harvesting을 위한 전기응집 최적화

이석민,주성진,최경진,장산,황선진 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2014 No.-

미세조류의 cell 크기는 일반적으로 5~50 μm이며, 일반적으로 표면에 음전하를 띄고 있어 대부분 부유한 상태로 생활을 한다. 일반적인 미세조류 배양 공정에서 미세조류 회수에 드는 비용은 약 20~30%로 많은 부분을 차지하고 있어, 경제적인 회수방안이 필요하다. 본 연구에서는 미세조류 회수방안을 위해 전기응집 반응을 이용하여 미세조류 응집에 관한 최적조건을 도출하는 연구를 진행하였다. 전기응집반응은 금속전극에 일정한 전압을 주면 금속이 용해되어 수산화물을 생성하고, 이것이 수중의 미세조류와 응집하여 침전되는 개념이다. 전극에 전기를 가하면 양극에서는 양이온인 금속이온이 +2가 또는 +3가의 이온상태로 산화되며, 음극에서는 발생된 히드록실 이온(OH^-)이 산화되면서 미세기포가 발생된다. 음극에서 발생된 미세기포에 의해 전기응집 후 미세조류는 부유 또는 침전하게 된다. 본 연구에서 사용한 미세조류인 Scenedesmus dimorphus 를 배양하기 위해 용량이 20 L 인 원통형 반응기를 사용하여 미세조류 농도가 1~1.5 OD가 될 때까지 배양한 후 실험에 사용하였다. 또한, 1.5 L 전기응집 반응기를 제작하여 전기응집반응 최적조건 도출하기 위해 교반의 유무, 전극의 종류, 초기 pH, 전류밀도, 교반속도 등을 달리하여 실험을 진행하였다. 교반의 유무에 따른 실험결과, 응집효율의 차이는 크게 나타나지 않았으나, 교반을 해 준 조건에서 미세기포의 전달효율이 좋아져 미세조류가 대부분 부유해, 전기응집 후 미세조류 수확에 용이할 것이라 판단되었으며, 전극의 종류는 알루미늄 전극, 적정 pH는 pH 5 부근, 최적 전류밀도는 10 A/㎡, 교반속도는 본 장치의 경우 100 rpm으로 도출되었다.

직접 전이에스테르화 교환 공정에서 억제 유기물 제거가 가축분뇨 처리 미세조류 바이오매스의 바이오디젤 생산성 개선에 미치는 영향

양솔 ( Sol Yang ),김현우 ( Hyun-woo Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2019 No.2

미세조류는 높은 생산성과 폐수처리에 용이한 친환경 특성으로 인해 바이오디젤 생산을 위한 재생 가능한 바이오원료로서 지난 수십 년 동안 큰 관심을 끌었다. 이러한 이점에도 불구하고, 미세조류 바이오디젤 생산은 대규모 경작, 지질 추출 및 연료 전환 공정 등에서 여전히 기술적, 경제적 문제에 직면하고 있다. 특히 미세조류 바이오디젤 생산의 주요 문제는 사용되는 총 에너지 소비 중 약 10%를 지질 추출 공정과 지질 에스테르 교환에서 소비하는 것이다. 이 지질 추출 공정 제거를 위해 화학촉매의 존재 하에서 미세조류 바이오매스의 직접 전이에스테르 교환을 통한 바이오디젤 생산 공정이 개발되었다. 이번 연구에서는 직접 전이에스테르 교환 공정을 이용하여 폐수처리 과정에서 합성된 미세조류 바이오매스로부터 바이오디젤을 추출하고 인공배지에서 배양한 미세조류 바이오디젤과 회수능을 비교 평가한다. 또한 본 연구는 바이오디젤 생산량이 바이오매스 부산물에 의해 어떠한 영향을 받는지를 조사하고, 유기물 제거를 통한 폐수처리 바이오매스로부터 바이오디젤 생산량을 향상시키는 방법을 고찰한다. 폐수에서 배양된 미세조류 바이오디젤은 인공배지 바이오디젤과 수율 비교하였을 때 회수율이 약 50% 낮아지는 것을 확인하였다. 이러한 저해 요인이 폐수를 처리하는 과정에서 생긴 미세조류의 세포외중합물질(extracellular polymeric substances, EPS) 성분인 것을 FE-SEM(field emission scanning electron microscopy)을 이용하여 확인하였다. 이 저해 요인을 제거하기 위해 바이오디젤 추출 공정 전에 NaCl을 이용한 바이오매스 세척 전처리 공정을 적용한 결과 세척 후 폐수처리 미세조류의 바이오디젤은 80%까지 회수율이 상승함을 확인하였다. 본 연구는 실폐수를 처리하는 과정에서 합성된 미세조류 바이오매스에 적절한 세척 전치리의 적용이 바이오디젤의 생산력 향상과 직결되는 것을 확인하였다. 제안 된 연구방법은 억제 요소를 제거하여 폐수처리로부터 수확된 바이오매스의 바이오디젤 잠재력 극대화에 기여할 것이다.

잔류항생제의 농도가 가축분뇨로 배양된 미세조류 바이오매스기반 바이오디젤의 수율에 미치는 영향

정상준 ( Sangjun Jeong ),양솔 ( Sol Yang ),성수영 ( Sooyoung Sung ),김현우 ( Hyun-woo Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

육류소비 증가는 다량의 축산업 잔재물 및 가축분뇨를 발생시키는 원인이 된다. 이 잔재물과 가축분뇨 내에는 고농도의 질소, 인, 유기물 뿐 만 아니라 가축 질병 예방을 위한 항생제가 잔류하는 것으로 알려져 있다. 가축분뇨를 미세조류로 처리하는 방법은 가축분뇨 내 고농도의 질소와 인을 광합성의 기질로 이용하여 제거할 수 있으며, 분뇨처리 과정에서 배양된 미세조류 바이오매스를 수거해 바이오디젤로의 전환을 가능하게 한다. 선행연구는 미세조류가 가축분뇨 잔류항생제를 저감함을 확인하였으나, 이 항생제의 존재가 바이오디젤 수율에 어떻게 그리고 얼마나 부정적인 영향을 끼치는가에 대한 정보는 부족하다. 따라서 본 연구는 가축분뇨를 처리하여 생성된 미세조류 바이오매스로부터 생성된 바이오디젤 수율에 가축분뇨 내 존재하는 항생제의 농도가 어떠한 영향을 주는가를 규명한다. 실험에 사용한 미세조류는 Chlorella sorokiniana로 과거 연구에서 분뇨 처리의 높은 효율과 함께 다량의 지질 축적이 가능한 미세조류 종으로 보고되어 왔다. 미세조류 배양 실험은 인공배지인 BG-11과 가축분뇨를 배지로 사용하여 혼합영양조건(16hr light-8hr dark 주기반복)에서 batch test를 진행하였고, 사용된 항생제는 Amoxicillin이며 0.01~20 ppm의 범위의 다양한 농도에서 실험하였다. 항생제를 포함하지 않은 대조구(BG-11 배지)의 미세조류 바이오디젤 수율(건조중량 기준 약 5.8~7.2%)과 비교시 가축분뇨 미세조류 바이오디젤의 수율은 항생제의 농도증가에 따라 감소함을 확인하였다. 이는 항생제의 농도가 0.01mg/L에서 20 mg/L로 증가함에 따라 미세조류의 성장이 대조구 대비 약 80% 낮아지는 것으로 나타났고, 이 저해는 지질합성을 방해하여 바이오디젤 수율이 낮추는 원인으로 판단된다. 종합하면, 본 연구 결과는 가축분뇨의 미세조류 처리를 통해 수계에서 고농도의 영양염류 제거와 함께 생태 독성과 같은 위험을 줄이면서 생산 바이오매스를 에너지로 전환할 때 신규오염물질의 영향을 고려하여야 함을 입증한다.

Chlorella vulgaris 원심분리 농축을 위한 최적조건에 대한 연구

김태연 ( Tae Yeon Kim ),노경호 ( Kyung Ho Noh ),황선 ( Sun-jin Hwang ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2017 No.-

미세조류를 바이오 에너지로 활용하는 기술은 3세대 바이오 에너지 생산기술로 많은 주목을 받고 있다. 미세조류는 지구 대부분의 수계에서 발견할 수 있는 단세포 생물로서, 높은 지질 함량을 가질 뿐만 아니라 육상생물에 비해 면적 당 생산수율이 높아 비교적 높은 바이오 디젤 생산효율을 나타낸다는 장점이 있다.(Luisa et al., 2008) 하지만 바이오 에너지로서 미세조류를 사용하기 위해서는 수확과정을 거쳐야 하는데, 미세조류 세포는 크기가 50 ㎛ 이하로 작고, 밀도가 물과 거의 같아 미세조류를 수확하는 작업은 쉽지 않다. (Shin et al., 2011) 이에 미세조류를 효율적으로 수확할 수 있는 방법에 대한 연구들이 많이 진행되었으며, 원심분리법은 그러한 미세조류 수확 방법들 중 하나이다. 원심분리를 통해 미세조류를 수확하는 방법은 규모가 커질수록 많은 비용과 에너지가 들기 때문에, 실제 현장에서 선호되는 방법은 아니지만(Adam and Chandra., 2013), 회수율이 95% 이상으로 높고, 처리시간이 짧을뿐 아니라, 세포의 활성에 미치는 영향이 적어, 실험실 규모로 미세조류를 농축하고자 할 때 적용 가능하다. 한편, 과도한 원심농축은 미세조류의 활성에 부정적 영향을 미칠 수 있다는 문헌을 찾아볼 수 있으나 (Algal Culturing Techniques., 2005), 실제로 부정적 영향을 미칠 수 있을 수준에 대한 정보는 없다. 또한, 미세조류의 활성에 영향을 미치지 않으면서도 적절한 수준의 회수율을 얻을 수 있게 되는 원심분리 강도 및 시간에 대한정보 역시 부족하다. 따라서 본 연구에서는 원심분리의 강도와 시간을 달리하여 C. vulgaris 를 농축하였을 때, 적절한 수준의 회수율을 얻기 위한 강도와 시간이 어느 정도인지, 또한 각기 다른 원심분리 강도가 C. vulgaris 의 활성에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 기초적인 연구를 수행하였다.

가축분뇨의 잔류항생제가 미세조류 바이오매스기반 바이오디젤의 수율과 구성 성분에 미치는 영향

정상준 ( Sangjun Jeong ),양솔 ( Sol Yang ),성수영 ( Sooyoung Sung ),김현우 ( Hyun-woo Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2020 No.1

가축산업은 사회에 단백질원을 공급하는 중요한 산업이다. 산업의 발전과 더불어 가축산업도 양적, 질적으로 성장하여 총 가축두수가 급격히 증가함에 따라서 가축분뇨와 축산업 잔재물의 배출량도 함께 증가하였다. 이는 질소, 인 및 유기물과 같은 고농도의 오염물질로 인해 부영양화는 심각한 사회 및 환경적인 문제를 야기했다. 또한, 가축 질병을 예방하기 위해 사용된 항생제가 잔류하는 것으로 알려져 있다. 미세조류는 가축분뇨 내 고농도의 질소와 인을 광합성의 기질로 이용하여 제거할 수 있으며, 분뇨처리 과정에서 배양된 미세조류 바이오매스를 수거해 유용한 재생 에너지 원인 바이오디젤로의 전환을 가능하게 한다. 일부 미세조류는 광 독립영양 또는 종속영양의 조건에서 항생제를 흡수 및 분해하는 것으로 알려져 있다. 하지만, 잔류항생제가 바이오디젤의 수율과 구성 성분에 어떤 영향을 미치는지에 대한 정보는 비교적 적다. 따라서 본 연구는 가축분뇨를 처리하여 생성된 미세조류 바이오매스로부터 생성한 바이오디젤 수율과 구성성분에 가축분뇨 내 존재하는 항생제의 농도가 어떠한 영향을 주는가를 규명한다. 실험에 사용한 미세조류는 Chlorella sorokiniana로 과거 연구에서 분뇨 처리의 높은 효율과 함께 다량의 지질 축적이 가능한 미세조류 종으로 보고되어 왔다. 미세조류 배양실험은 인공배지인 BG-11과 가축분뇨를 배지로 사용하여 혼합영양조건(16hr light-8hr dark 주기반복)에서 batch test를 진행하였고, 사용된 항생제는 Amoxicillin이며 0.01~20 ppm의 범위의 다양한 농도에서 실험하였다. 항생제를 포함하지 않은 대조구(BG-11 배지)의 미세조류 바이오디젤 수율(건조중량 기준 약 5.8~7.2%)과 비교시 가축분뇨 미세조류 바이오디젤의 수율은 항생제의 농도증가에 따라 감소함을 확인하였다. 이는 항생제의 농도가 0.01 mg/L에서 20 mg/L로 증가함에 따라 미세조류의 성장이 대조구 대비 약 80% 낮아지는 것으로 나타났고, 이 저해는 지질합성을 방해하여 바이오디젤 수율이 낮추는 원인으로 판단된다. 바이오디젤의 주요성분 중 C16과 C18의 함량이 산성촉매를 사용했을 때 최대 96% 감소하는 것으로 나타났다. 종합하면, 본 연구결과는 가축산업에서 항생제의 남용이 폐기물-에너지전략의 친환경 전환에 해를 끼칠 수 있으며, 생산 바이오매스를 에너지로 전환할 때 신규오염물질의 영향을 고려하여야 함을 입증한다.