Microalgae are promising as biofuels, but most researches have been focused on the cultivation process (upstream process). For the overall development of ‘microalgae to biofuel’, however, attention to the subsequent process is essential. To this end, in this study, microalga Chlorella ABC-001 was used to develop and optimize technology of the subsequent process, which is extraction process and conversion process. Also, by using the lipid-extracted microalgal solution was established a process to additionally obtain bioethanol. More specifically, 88.6% of carbohydrates of Chlorella sp. ABC-001 50 g/L was hydrolyzed to monosaccharides at 170 °C, 0.1 N H2SO4, and 4 min. Subsequently, the liquid phase and solid phase were separated through low-speed centrifugation of the hydrolysate, thereby significantly reducing the time and energy for lipid extraction using hexane. The extracted microalgal oil was hydro-converted through an in-situ generated MoS2 catalyst to be removed 98.2% of oxygen, and it was confirmed that H/Ceff reached 2.01 to become a saturated hydrocarbon suitable for green diesel. Also, it has been proved that this catalyst is superior to other conventional catalysts and has excellent reusability. And, the hydrolysate solution produced through acid hydrolysis was used as a medium of Saccharomyces cerevisiae KL17 for bioethanol production, and various acids and subsequent processes were compared and selected. As a result, the bioethanol yield of the hydrolysate using H2SO4 and Ca(OH)2 showed a yield similar to that of the conventional medium. Finally, as a result of applying whether a series of developed processes are suitable for other microalgae, it was feasible to most microalgae. Therefore, this study is a significantly improved and superior process than the conventional extraction and conversion processes and will be a great cornerstone for the production of biofuels derived from microalgae in the future.
미세조류는 바이오 연료로서의 가치가 무궁무진하나, 미세조류로부터 바이오 연료를 생산하는 공정의 최근 연구경향에서 후속공정에 관한 관심과 노력은 상대적으로 부족함을 알 수 있다. 이를 위해 본 연구에서는 미세조류인 클로렐라 속 ABC-001을 이용하여 후속공정인 추출공정과 전환공정에 관한 기술을 새롭게 개발 및 최적화하여 그린 디젤을 생산하였으며 부산물인 가수분해 액을 활용하여 바이오 에탄올을 생산할 수 있는 공정을 확립하였다. 구체적으로, 클로렐라 속 ABC-001 50 g/L를 170 ℃, 0.1 N H2SO4, 4 min 조건의 산 가수분해를 통하여 88.6%의 탄수화물을 단당류로 가수분해하였다. 그 후 가수분해액의 저속 원심분리를 통해 지질이 든 고체 층과 액체 층을 분리하여 유기용매를 이용한 지질 추출공정에서 추출 시간 및 소모 에너지를 대폭 절감하였다. 여기서 추출한 미세조류 오일은 in-situ generated MoS2 촉매를 통해 수소-전환되어 98.2%의 산소가 제거되었으며 H/Ceff 가 2.01을 도달해 그린 디젤에 적합한 포화 탄화수소가 되었음을 입증하였다. 또한 이 촉매가 기존의 타 촉매들보다 월등히 우수하며 재사용성 또한 뛰어남을 확인하였다. 산 가수분해를 통해 생성된 액상의 가수분해물은 바이오 에탄올 생산을 위해 Saccharomyces cerevisiae KL17의 배지로 사용되었고 이 과정에서 산의 종류와 그 후속 공정들을 선별하고 그로 인한 효과를 비교하였다. 그 결과 황산을 이용한 미세조류 가수분해 후 수산화칼슘을 이용해 중화 처리한 가수분해 액의 바이오 에탄올 수율이 기존의 배지와 거의 유사한 수율을 보였다. 마지막으로 일련의 개발된 공정이 타 미세조류에게도 적합한지 적용해본 결과, 대부분의 미세조류에 적용이 가능하여 그 범용성을 확인하였다. 따라서, 이 연구는 기존의 추출 및 전환 공정보다 크게 개선되고 우수한 공정이며, 추후 미세조류 유래 바이오 연료 생산을 위한 큰 초석이 될 것이다.
