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Development of economic engineering technology for the enhancement of microalgae-based biodiesel production = 미세조류 기반 바이오 연료 생산 효율 극대화를 위한 저가 공정 기술 개발
서명 / 저자 Development of economic engineering technology for the enhancement of microalgae-based biodiesel production = 미세조류 기반 바이오 연료 생산 효율 극대화를 위한 저가 공정 기술 개발 / Yeong Hwan Seo.
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2016].
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Recently, microalgae has received a great deal of attention as promising biodiesel feedstock, but biodiesel production from microalgae lipids is severely hampered mainly due the still extremely high production cost. The objective of this thesis, therefore, is the development of economic means for microalgae-based biodiesel production. In the first chapter of the present work, the spectrum conversion system was employed to maximize light utilization efficiency and achieved high cell density under weak radiation. A mixture of two organic dye solutions of 9,10-diphenylanthracene and rhodamine 101 was used as wavelength converters, and lipid productivity was 2.3 times greater than without the organic dye. In the second chapter, cheese whey, which is a byproduct of the cheese-making process, was used as a free nutrient source. Pretreatment was performed by means of a hydrodynamic cavitation (HC) system and then used for cultivation of Chlorella vulgaris. Five times higher cell density (5.2 g/L) was achieved compared to that of BG-11 medium. In the third chapter, ferric chloride ( $FeCl_3$ ) was used to integrate downstream processes (harvesting, lipid extraction, and esterification) and increased economic viability. This simple process showed over 90% biodiesel recovery efficiency. The topic of last chapter was that persulafte ( $S_2O_2$ ) was adopted as a substitute for hydrogen peroxide in the Fenton-like reaction and made full use of the potential of the iron-based technology. At a persulfate concentration of 2 mM, exceedingly high extraction efficiency over 95% was obtained, which was higher than with 0.5% hydrogen peroxide. The technologies, which were suggested in this thesis, were indeed a competitive approach that can possibly lighten the process burden for the microalgae-derived biodiesel production.

최근 미세조류 기반 바이오 연료 생산 기술이 주목 받고 있으나, 높은 생산 비용으로 인해 상용화에 어려움이 있는 실정이다. 이러한 점에 착안하여 본 학위논문은 미세조류 기반 바이오디젤 생산에 이용될 수 있는 다양한 저가 공정 기술을 제시하였다. 첫 번째 연구에선, 유기염료 용액을 이용한 파장 변환 장치를 구축함으로써 약한 빛에서도 고농도의 미세조류 배양을 가능하게 하였다. 파장변환 과정을 거쳤을 때, 2.3배 높은 생산성을 나타내었다. 두 번째 연구는, 미세조류 배양액의 양분을 대체하기 위해 폐수인 치즈 유청을 이용하였다. 전처리는 수력학적 공동현상 장치를 이용하였으며, 기존 배양액에 비해 5배 높은 고농도 배양이 가능하였다. 세 번째 연구는, 미세조류에서 바이오디젤을 얻어내는 후공정 (수확, 추출, 전환)을 3가 철이온을 이용하여 통합화함으로써 경제성을 높였다. 그 결과, 90% 이상의 높은 바이오디젤 전환율을 얻었다 마지막으로는, 세 번째 연구 주제에서 이용된 과산화수소를 과황산으로 대체, 극미량으로 실험을 진행함으로써 철이온 기반 후공정의 경제성을 극대화하였다. 본 학위논문에서 제시된 다양한 방법들은 기존 공정들에 비해 높은 경제성을 갖고 있기 때문에, 미세조류 기반 바이오 연료 상용화에 기여할 수 있는 해결책이 될 수 있으리라 여겨진다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCE 16018
형태사항 viii, 93 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 서영환
지도교수의 영문표기 : Jong-In Han
지도교수의 한글표기 : 한종인
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 건설및환경공학과,
서지주기 References : p. 78-89
주제 Microalgae-based biodiesel
Spectrum conversion
Cheese whey
Integrated downstream process
Persulfate
미세조류 기반 바이오디젤
파장변환
치즈 유청
후공정 통합화
과황산
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