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Harvesting microalgae with electro-coagulation-flotation = 전기응집부양을 이용한 미세조류의 수확
서명 / 저자 Harvesting microalgae with electro-coagulation-flotation = 전기응집부양을 이용한 미세조류의 수확 / Sunmin Kim.
저자명 Kim, Sunmin ; 김선민
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2019].
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8033168

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초록정보

Microalgae is a promising candidate as a biofuel precursor because of its high lipid content and carbon fixation, but it need to decrease a cost owing to its high production cost. The electro-coagulation-flocculation which is a cheap microalgae harvesting technology should be approved to decrease a harvesting cost which comprises 20% of production cost. In this study, the performance of electro-coagulation-flocculation was measured using Nannochloropsis species which is proper to electro-coagulation-flocculation and Chlorella vulgaris which has high productivity. Nannochloropsis species was harvested 95% with 7.2 mA/$cm^2$ of current density for 10 minutes and Chlorella vulgaris was harvested 90% with 6 mA/$cm^2$ of current density for 15 minutes at 400ml ml harvest chamber. Nannochloropsis species was harvested 95% with same current density for 20 minutes and Chlorella vulgaris was harvested 90% with same current density for 45 minutes at 50 L harvest chamber. The performance of continuous electro-coagulation-flotation was measured using Chlorella vulgaris. It was harvested 90% with 6 mA/$cm^2$ of current density when the flow rate was below 15 ml/min, but the efficiency decreased at higher flow rate. Next, a hydrothermal treatment as a lipid extraction and hydrolysis of Chlorella vulgaris sample by electro-coagulation-flotation was compared with that of centrifugation to investigate side effects of electro-coagulation-flotation to downstream process. A hydrothermal treatment efficiency of sample by electro-coagulation-flotation was 65% which is same as efficiency of sample by centrifugation. And a hydrolysis efficiency of sample by electro-coagulation-flotation was 100% which is same as efficiency of sample by centrifugation. The aluminum concentration of the sample was 80 ppm. Next, Nannochloropsis species was harvested using triboelectric generator as different energy source of electro-coagulation-flotation instead of DC power supplier. It was harvested 90% in 60 hours by wind triboelectric generator using 10 m/s of wind.

미세조류는 높은 지질함량과 탄소순환적 공정이라는 점 때문에 가능성 있는 바이오연료의 후보군으로 알려져 있으나 높은 생산 비용으로 인해 비용절감이 필요하다. 그 중 약 20%에 해당하는 수확비용의 절감을 위해 비교적 비용이 낮은 전기응집부양을 이용한 미세조류 수확기술의 향상이 필요하다. 본 연구에서는 전기응집부양 수확법에 적합한 나노클로롭시스 종과 현재 생산성 높은 종으로 주목을 받는 클로렐라 불가리스를 이용해400 ml 수확조와 50 L 수확조에서의 성능을 측정한 뒤 비교해 보았다. 나노클로롭시스는 400 ml 수확조에서 7.2 mA/$cm^2$ 의 전류를 10분 동안 가하였을 때 95 %의 수확률을 보였으며 클로렐라 불가리스는 6 mA/$cm^2$의 전류를 15분 동안 가하였을 때 90 %의 수확률을 보였다. 나노클로롭시스는 50 L 수확조에서 같은 밀도의 전류를 20분 동안 가하였을 때 같은 수확률을 보였으며 클로렐라 불가리스는 같은 밀도의 전류를 45분 동안 가하였을 때 같은 수확률을 보였다. 클로렐라 불가리스를 연속식 공정으로 가동하였을 때의 성능을 측정해보았다. 400 ml의 수확조에 6 mA/$cm^2$의 전류를 가했을 때 15ml/min이하의 유량에서 90 % 의 수확률을 보였으며 그 이상에서는 감소된 수확률을 보였다. 다음으로 전기응집부양 수확법을 사용하였을 때 후속공정에 미칠 악영향을 알아보기 위해 클로렐라 불가리스를 이용하여 열수처리를 통한 지질추출과 황산을 이용한 당화 효율을 원심분리기로 수확된 샘플과 비교해 보았다. 원심분리기를 통한 샘플을 열수처리를 통한 지질추출 결과 65%의 추출률을 보였으며 전기응집부양을 통한 샘플의 열수처리 결과 65%의 추출률로 비슷한 결과를 보였다. 또한 원심분리기를 통한 샘플을 황산을 이용해 당화처리를 하였을 때 100%에 가까운 효율을 보였으며, 전기응집부양을 통한 샘플도 같은 결과였다. 이 때의 알루미늄 농도는 80 ppm 이었다. 다음으로 전기응집부양의 다른 에너지원으로 정전기 발생장치를 파워서플라이 대신 사용해 나노클로롭시스를 수확하였다. 10m/s의 풍속을 사용한 바람 정전기발생 장치를 사용하였을 때 60 시간만에 90 %의 수확률을 달성하였다.

서지기타정보

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청구기호 {DCBE 19007
형태사항 ix, 47 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 김선민
지도교수의 영문표기 : Yong Keun Chang
지도교수의 한글표기 : 장용근
수록잡지명 : "Self-powered electro-coagulation system driven by a wind energy harvesting triboelectric nanogenerator for decentralized water treatment". Nano Energy, v.28, pp.288-295(2016)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 References : p. 40-45
주제 Microalgae
nannochloropsis
chlorella vulgaris
harvesting
electro-coagulation-flotation
미세조류
나노클로롭시스
클로렐라 불가리스
수확
전기응집부양
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