Microalgae have become an important source of biodiesel due to their high lipid productivity. Downstream processes for biodiesel production include extraction and transesterification. Because extracting lipids from wet microalgae does not presently provide desirable results, the extraction step needs an additional drying process which is quite energy-intensive. Thus, developing an efficient process for lipid extraction from wet microalgae is a major issue for industrial applications. This work presents a reliable and compact process which integrates lipid extraction from wet microalgae Nannochloropsis oceanica, and its conversion to biodiesel, with a yield higher than 90 wt.%. This process enables single-step production of biodiesel from microalgae by mixing wet microalgal cells with a solvent (e.g., chloroform, toluene, or hexane), methanol and an acid catalyst; and then heating them in one pot. The effects of reaction parameters such as reaction temperature, wet cell weight, reaction time, and catalyst volume on the conversion yield are investigated. By same process, secondary co-product was successfully produced in addition to biodiesel with Nannochloropsis gadatana. This simultaneous extraction and transesterification of wet microalgae enables a dramatic reduction in energy consumption for the drying process and enables the economic production of biodiesel using microalgae.
미세조류로부터 바이오디젤을 생산하는 공정은 크게 미세조류 선별, 배양, 건조, 지질 추출, 전환 공정으로 나뉠 수 있다. 하지만 현재 단계에서는 건조공정과 지질추출공정에서 소모되는 에너지가 상당히 큰 편이다. 따라서 본 연구에서는 경제적인 바이오디젤 생산을 위하여 건조공정을 거치지 않는 공정 개발에 관한 연구를 수행하였다. 미세조류 지질 추출에는 기계적인 추출, 초임계 유체를 이용한 추출, 마이크로웨이브를 이용한 추출 등 지질 추출에는 여러가지가 있지만 본 연구팀은 유기용매를 이용한 지질 추출에 관하여 연구를 수행하였다. 또한 지질추출 공정과 전환공정을 동시에 진행하는 ‘in situ’ 공정을 도입하여 추가적인 공정 비용 감소를 이루어 낼 수 있는 공정을 고안하였다. 실험은 해수종 Nannochloropsis oceanica를 이용하였으며, 유기용매는 주로 물과 거의 섞이지 않는 클로로포름, 헥세인, 벤젠, 사염화탄소, 1,2-디클로로에탄을 사용하였다. FAME 수율의 경우 사용한 용매의 polarity와 수율이 거의 비례하는 것을 확인하였으며 그 중에서 클로로포름의 경우 90.6%로 사용한 용매 중FAME수율이 가장 높았다. 그 이후의 실험은 클로로포름을 이용하여 다른 실험변수(온도, 용매량, 촉매량, 반응시간)를 바꿔가면서 FAME수율의 거동을 확인하였다. 유기용매를 이용한 동시 지질 추출 및 전환 공정을 확립한 뒤 Nannochloropsis gaditana를 통한 실험을 통해 고온에서 DMS의 생산 가능성을 증명하였다. DMS는 95 °C에서 극소량 생성되었지만 반응온도가 125 °C 일 때 다량이 생성되었으며 클로로포름이 존재 할 때 FAME 수율 뿐만 아니라 DMS수율 또한 더욱 높게 될 수 있음을 확인하였다. 이 같은 유기용매를 이용한 동시 지질 추출 및 전환을 이용하면 높은 FAME수율과 추가적인 DMS생산으로 인해 바이오디젤 생산단가를 낮춤으로써 바이오디젤의 상용화 시기를 앞당길 수 있을 것이다.
