This work addresses the conversion of wet microalgae to levulinic acid (LA) using a one-pot reaction system. By utilizing moisture in microalgae, a biphasic system with an organic solvent of 1, 2-dichloroethane (DCE) is formed. This system enhances the LA yield by making an acidic environment through the decomposition of DCE in a small quantity and the recovery of products in each aqueous and organic phase. With lipid-rich Nannochloropsis gaditana and carbohydrate-rich Chlorella species, the effects of reaction variables of temperature, water content, and DCE dosage on the LA production were investigated. The LA yield of 30.13 wt% and 28.15 wt% based on mass of total hexose (43-47 w/w% of convertible carbohydrates) for the two types of microalgae at $160^\circ C$ while the yield of free fatty acids reaches 90.13 w/w% at $180^\circ C$ based on the esterifiable lipid. This biphasic system facilitates the forward reaction and the product recovery for concurrent reaction and separation.
본 연구는 수분 함유 미세조류로부터 레불린산을 단일 공정으로 생산한다. 젖은 미세조류의 수분은 유기용매인 1,2-Dicholoroethane (DCE)과 이성분계를 이룬다. 이 공정에서 소량의 DCE가 가수분해를 통해 산성환경을 이루어 추가적인 산 촉매 없이 레불린산의 수율을 향상한다. 반응 온도, 물의 양, DCE의 양에 따른 두 미세조류 Nannochloropsis gaditana, Chlorella species의 레불린산 수율을 확인하였다. 반응표면분석을 통해 얻은 최적점에서 각 미세조류의 레불린산 수율은 미세조류 내 6탄당 질량대비 30.13 wt%, 28.15 wt% 였다 (전환 가능한 질량 대비 43-47 w/w%). 또한 고온, 고압에서 가수분해를 통해 얻어진 유리 지방산의 수율은 $180^\circ C$에서 최대 90.13 w/w% 였다. 본 연구의 이성분계 공정은 반응과 생산물의 분리를 동시에 가능하게 하여 공정에 이용되는 에너지를 절약할 수 있다.
