Continued attentions on fossil fuel depletion and environmental pollution have prompted the development of renewable energy in recent years. Among carbon neutral energy sources, microalgae has been a promising feedstock for renewable energy source. In this study, a jet loop photobioreactor (JLPBR) was developed for enhanced $CO_2$ mass transfer and cultivation of Chlorella sp. ABC-001 comparing to conventional types of photobioreactor. It is confirmed that mass transfer rate and microalgal lipid concentration in the JLPBR was about three times higher that of controls. Furthermore, the effect of hole size and number of the perforated cylinder in the JLPBR was investigated. Mass transfer rate increased when total hole area of the perforated cylinder decreased. Incidentally, jet velocity at each hole increased as total hole area of perforated cylinder decreased. That’s why a linear relationship between mass transfer coefficients and jet velocity was shown. The highest performance of microalgal growth was shown in the JLPBR with 0.5 mm/20 holes. Furthermore, lipid content in cells increased when mass transfer rate increased. This is because hydrodynamic shear forces might increase with mass transfer rate, which caused to form reactive oxygen species inducing lipid accumulation. Therefore, it is expected to be successfully applied to cultivation of Chlorella sp. ABC-001 showing high biomass and lipid production.
현재 화석 연료 고갈과 환경 오염에 대한 우려로 인해 최근 재생 가능 에너지의 개발이 진행되는 가운데, 미세조류를 이용한 바이오연료 생산 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 미세조류의 배양을 위해 구멍이 뚫린 실린더를 장착하여 $CO_2$의 물질 전달을 향상시킨 제트 루프 광생물반응기(JLPBR)를 개발하여 기존 광생물반응기와 비교하였다. JLPBR이 기존 반응기보다 약 3배 이상 높은 물질 전달 속도와 미세조류 지질 농도를 나타냈다. 더 나아가 실린더의 구멍 직경과 개수에 따른 영향에 대해 연구하였다. 실린더 구멍의 총 면적이 감소할수록 JLPBR의 물질 전달 속도는 증가하는 경향을 보였으며, 물질 전달 계수와 제트 유속이 선형 관계가 있음을 확인하였다. 0.5 mm/20 holes의 실린더를 장착한 JLPBR에서 클로렐라 종에 대한 세포 성장이 가장 높게 나타났다. 뿐만 아니라, 물질 전달 속도가 증가하면서 세포의 지질 함량이 증가하였는데, 이는 수력학적 전단력이 지질 축적을 유도하는 활성 산소 종을 형성했기 때문인 것으로 추측된다. 따라서 JLPBR이 높은 바이오매스와 지질 생산성을 보여주어 클로렐라 배양에 성공적으로 적용될 것으로 기대된다.
