Microalgae has recently getting attentions as an alternative energy source and mass production of microalgae is an important issue. Open raceway pond is a most widely used system for microalgae mass cultivation. Light is an essential element in the growth of microalgae. However, the deeper the medium, the weaker the light intensity because of light attenuation by water and microalgae. This limits the depth of the pond and the concentration of the cells in the culture fluid, leading to a decrease in productivity of the whole pond. To prevent this problem, vertical mixing should be promoted in an open raceway pond to better expose microalgae to light. In this study, internal structures were installed to improve vertical mixing in an open raceway pond and to expose more microalgae to sunlight. Numerical simulation of fluid flow was carried out for the flow in an open raceway pond with installed internal structures by computational fluid dynamic (CFD) software, ANSYS CFX 18. In the raceway pond with proposed internal structure, generation of vertical flow was enhanced compared to the conventional ORP. Flow velocity in lab-scale ORP was experimentally measured to demonstrate CFD simulation model. Experimental validation by cultivation was carried out in a laboratory scale open raceway pond. and productivity was doubled when internal structure was installed. This strategy with internal structure will increase microalgae productivity in an open raceway pond.
미세조류는 최근 대체 에너지원으로 주목받고 있으며, 때문에 미세조류의 대량 배양은 중요한 이슈이다. 개방형 레이스웨이 폰드는 미세조류의 대량 배양에 있어 가장 널리 사용되는 배양기 형태이다. 빛은 미세조류의 성장에 필수적인 요소이나, 폰드 내 깊은 영역에서는 물과 미세조류 세포에 의한 빛의 감쇠 현상으로 인해 빛의 세기가 약하다. 이러한 이유로 배양기의 깊이와 배양 가능한 세포의 농도에 한계가 있으며, 이는 배양기 전체의 생산성의 한계로 이어진다. 본 연구에서는 배양기 내 미세조류 입자가 빛에 노출될 수 있도록 하기 위해 수직 혼합을 향상시키는 방안으로 내부 구조물을 제안하였다. ANSYS CFX 18 프로그램을 이용하여 폰드 내 유체의 거동 및 구조물의 영향을 해석하였다. 기존의 레이스웨이 폰드에 비해, 내부 구조물이 설치된 폰드에서 수직 흐름의 발생이 증가하였다. 유속계를 이용한 실험적 유속 측정을 통해 시뮬레이션 모델을 검증하였으며, 실험실 규모에서 배양을 통해 확인한 결과 내부 구조물을 설치한 경우 생산성이 2배 증가하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로, 내부 구조물을 이용하여 레이스웨이 폰드 내 미세조류의 생산성을 증가시킬 수 있다.
