| [미국] 섬질 조류로 오일을 생산하는 기술 개발
에너지 미세 조류로 바이오 디젤을 생산하는데 있어서 핵심은 대규모적이고, 효율성이 높고, 원가가 저렴하게 미세 조류를 육성하여 대량의 바이오 매스를 개발하는데 있다.
현재 오일 생산 조류는 주로 단일 세포 미세 조류로서, 실외에서 대규모로 육성하는 과정에서 포식 생물(Biological predators)(주로 원생동물(Protozoa))이 사이즈가 미세(일반적으로 직경이 1-10미크론 수준임)한 단일 세포 미세 조류를 섭식(Feeding)하기 때문에 일반적으로 육성에 실패하고 있을 뿐만 아니라 단일 세포 미세 조류의 수확이 어렵고 원가가 비교적 높은 상황에 직면하여 있다.
때문에 오일 추출량이 많고, 수확이 쉽고, 오염에 대처하는 능력이 강한 등 공업 응용 형태의 오일 생산 미세 조류는 미세 조류 바이오 에너지 기술 발전에서 핵심 과제 중 하나로 되고 있다.
중국과학원 칭다오(靑島) 바이오 에너지 및 바이오 프로세스 기술 연구소의 `에너지 조류 유형 자원 연구팀`은 최근 관련 연구를 통해 오일 추출량이 많고, 수확이 쉽고, 오염에 대처하는 능력이 강한 등 공업 응용 형태의 오일 생산 미세 조류 연구에서 혁신적인 성과를 달성하여 이슈가 되고 있다. 연구팀은 조류 품종 선별 육성에서 지금까지 관심을 받지 못했던 섬질 조류(Filamentous algae)를 선정하여 오일 생산 미세 조류 연구를 추진하였다.
중국 국가과학기술부의 `과학기술 지원 프로젝트`, 중국과학원의 `태양 에너지 액션 플랜` 프로젝트 비용 지원 하에 연구팀은 국내외 여러 변종(Multiple strains) 섬질 조류의 성질과 상태를 평가하여 오일 함유량이 높은 담수 황색 섬질 조류인 트리보네마(Tribonema) 한 개 주(株)를 취득하였다(섬질 상태의 길이는 0.5~3μm에 달하였음. 그림 1. 참조).
낮은 빛 조사 및 그 어떤 영양 스트레스(Nutrient stress)가 없는 조건 하에서 연구팀은 담수 황색 섬질 조류인 트리보네마를 실험실 기포탑(Bubble column)에서 12일간 육성하였다. 결과 총 지질 함량(Total lipid content)이 세포 건조 중량의 61.3% 수준에 달하고, 그 중에서 중성(中性) 지질(TAG)은 총 지질의 80% 수준에 달한다는 점을 발견하였다. 연구팀이 40L 태블릿 반응기(Tablet reactor)를 이용하여 21일간 육성한 결과, 세포 건조 중량은 3.14g/L, 총 지질 함유량은 50.23% 수준에 달하는 것으로 나타났다.
동시에 그 어떤 응집제(Flocculant)가 필요하지 않은 상황에서 부유 선광(Flotation) 방법을 이용한 회수율은 95.57% 수준에 도달하는 것으로 나타났다(그림 2. 참조). 산-염기 두 단계 방법을 이용하여 추출한 오일에 대한 에스테르 전환을 실행하였는데, 지방산 구성이 C16:0와 C16:1이고 생산한 바이오 디젤은 중국 국가 표준에 완전히 도달하는 것으로 나타났다.
이런 조류 섬질체 길이가 길기 때문에 실외에서 1년 간의 대 규모 육성을 실행한 결과 병충해가 발생하는 현상이 존재하지 않는 것으로 나타나 병충해에 저항하는 특성이 양호한 것으로 나타났다.
연구팀은 이번 연구 성과의 달성을 통해 미세 조류 품종 선별을 위한 새로운 기술 수단을 보유하였다. 연구팀의 관련 연구 성과는 Bioresour Technol 학술지에 발표되었다(Wang, H., etc. Integration process of biodiesel production from filamentous oleaginous microalgae Tribonema minus. Bioresour Technol, 142C, 39-44. doi: 10.1016/j.biortech.2013.05.058).
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