Microalgae are one of the most promising renewable energy sources, which utilize carbon dioxide, water and sunlight only in order to produce valuable bio-product. Different from other biomass, microalgae have advantages of high biomass productivity and no adverse effect on food supply. Light intensity, one of the major factors in the cultivation of microalgae, decreases with the depth of medium. Therefore, vertical mixing is necessary to expose more algal cells to sunlight. It is important as vertical mixing determines the probability by which cells are exposed to light. In this study, we demonstrated the effect of vertical mixing on algal cell growth by employing a structure in a small-scale experiment. Experiments were performed in a beaker incubator using a delta wing, modified delta wing, and a rotor design for vertical flow. On Day 8, the dry cell weight (DCW) was 0.53 g/L for delta wing (vertical velocity = 0.00577 m/s), 0.55 g/L for modified delta wing (vertical velocity = 0.00589 m/s), and rotor showed 0.87 g/L of DCW (Vertical velocity = 0.0076 m/s). DCW was 0.44 g/L for the control beaker incubator with the vertical flow of 0.0053 m/s. These correspond to 12%, 25.0%, and 56.6% increase in volumetric biomass productivity for delta wing, modified delta wing, and rotor, respectively, as compared to the control. Numerical simulation was performed for the rotor and the control beaker incubators using computational fluid dynamic (CFD) software, ANSYS CFX 18.0.
미세조류는 이산화탄소, 물, 빛을 사용하여 바이오 생산물을 만드는 재생 가능한 에너지원이다. 다른 바이오매스들과는 달리, 미세조류는 높은 생산량을 가질 뿐만 아니라 식량 생산 및 공급에 악영향을 미치지 않는다는 장점이 있다. 이러한 미세조류 배양에 있어 중요한 요소 중 하나인 빛은 배양액의 깊이에 크게 영향을 받는다. 따라서 수직 혼합은 더 많은 미세조류들을 빛에 노출시키기 위해 꼭 필요한 요소인데, 수직 혼합에 따라서 어떤 조류 세포들이 빛에 더 많이 노출되는지가 결정되기 때문이다. 이 연구에서는 수직 흐름 및 혼합이 미세조류의 성장에 미치는 영향을 작은 규모의 실험을 통하여 확인한다. 델타 윙, 개량 델타 윙, 회전자 디자인을 사용한 비커 사이즈의 인큐베이터가 실험에 사용되었다. 배양 8일 뒤에 dry cell weight (DCW) 는 델타 윙이 0.53 g/L (수직 흐름 0.00577 m/s), 개량된 델타 윙이 0.55 g/L (수직 흐름 0.00589 m/s), 그리고 회전자가 0.87 g/L (수직 흐름 0.0076 m/s) 이었다. 아무 구조물이 없는 수직 흐름 0.0053 m/s 의 대조군의 경우 0.44 g/L 의 DCW 를 보였는데 이는 각각 12%, 25.0%, 그리고 56.6% 의 부피 생산량 증가를 의미한다. 마지막으로 ANSYS CFX 18.0 유동전산모사 프로그램을 사용하여 회전자와 대조군 비커의 수직 흐름에 대한 수치 모사를 하였고 이를 배양 결과와 비교 및 검증하였다.
