Recently, microalgae biomass is being considered as a useful source of biofuel production. Slow growth and low biomass recovery are the major challenges in algae-derived biofuels. In this study, it is focused to increase the growth rate and biomass recovery of microalgae through various approaches. In the first step, the growth rate of a microalga (Chlorella vulgaris) was increased by controlling nutrients. Various nutrients such as nitrate, phosphate, yeast extract, ferric ion, and methanol were used. Among tested nutrients, only nitrogen (25 mg/L) and methanol (30 mg/L) could increase the growth rate. In the second step, the interactive effect of light and nutrients on microalgae growth was studied via two-stage cultivation system. In stage-1, the nutrients and light were supplied at minimal levels (1 dose of BG-11 medium as nutrients and 27 umoles/m2/s of light intensity). In stage-2, higher levels of nutrients (1-2×BG-11 medium) and light (27-40 umoles/m2/s), in different combinations, were employed. The lowest doubling time (14 hrs) or the highest growth rate was achieved at 1×BG-11 as nutrients and 40 umoles/m2/s of light intensity.
In the second part of this study, chitosan was used as a biopolymer, for the harvesting of Chlorella vulgaris. Several factors control the microalgal harvesting efficiency such as mixing speed and time, solution pH, type of solvent, settling time, and the concentration of flocculant. The highest harvesting efficiency (99%) was achieved in the following conditions: culture pH 6.0, mixing speed 300 rpm, mixing time 1 min, settling time 10 min, and chitosan dose of 120 mg/L. The harvesting efficiency was dependent on the solubility of chitosan also. Among various chitosan solvents, hydrochloric acid (0.1 M) showed the highest solubility, and thus the maximum harvesting efficiency. To save the cost of flocculant, harvesting efficiency of Chlorella vulgaris was evaluated without any flocculant aid, called self-flocculation. Chlorella vulgaris showed the maximum self-flocculation efficiency (22%) in stationary phase and the lowest in exponential phase (0.25%)
최근 미세조류는 바이오 연료 생산의 유망한 원료 중 하나로 각광받고 있다. 하지만, 느린 성장과 낮은 바이오매스 회수율은 미세조류 기반의 연료생산에 큰 어려움으로 작용한다. 본 연구에서는 다양한 방법을 통해 성장률을 높이고 미세조류의 바이오매스 회수율을 높이는데 중점을 두었다.
첫번째로, 영양분 조절을 통해 미세조류 (Chlorella vulgaris) 성장 속도를 증가시켰다. 이를 위해 질산염, 인산염, 효모추출물, 3가철이온, 그리고 메탄올 등 다양한 영양분이 이용되었다. 영양분들 중 오직 질소 (25 mg/L)와 메탄올 (30 mg/L) 만이 성장속도를 높였다. 두번째로, 2단계 배양시스템을 이용한 빛과 영양분이 미세조류 성장에 미치는 영향에 대한 연구를 하였다. 1단계에서는 영양분 (1 dose of BG-11 medium)과 빛의 세기 (27 umoles/m2/s)가 최소단위로, 2단계에서는 다른 조합으로 더 높은 양의 영양분 (1-2×BG-11 medium) 과 빛 (27-40 umoles/m2/s)이 공급되었다. 1×BG-11 medium의 영양분과 40 umoles/m2/s의 광원이 이용되었을 때, 가장 낮은 분열시간 혹은 높은 성장속도를 보였다.
본 연구의 다음 파트에서는 생체고분자인 키토산이 Chlorella vulgaris의 수확에 이용되었다. 미세조류 수확 효율에 영향을 미치는 교반 속도와시간, 용액의 pH, 용매의 종류, 침전시간, 응집제의 농도 등의 인자들이 조절되었다. 가장 높은 수확 효율(99%)은 pH 6.0, 교반 속도 300rpm, 교반 시간 1분, 침전 시간 10분에서 120 mg/L의 키토산을 이용했을 때 나타났다. 수확효율은 또한 키토산의 용해도에 영향을 받았다. 다양한 키토산 용매들 중, 염산 (0.1M)에서 가장 높은 용해도와 높은 수확효율을 보였다. 응집제의 비용을 줄이기 위해, Chlorella vulgaris의 수확효율은 응집제의 도움 없이, 즉 자가 응집이라 불리는 방법에 의해 평가되었다. Chlorella vulgaris는 정체기에서 가장 높은 자가 응집 효율 (22%)을 보였고, 증식기에서 가장 낮은 효율 (0.25%)을 보였다
