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개발동향

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개발동향 상세정보 게시판
분류 [친환경공정] 배출량저감최적화
과제명 나노입자기반 기체기질 물질전달 개선에 의한 바이오에너지 생산 생물공정 효율 향상
연구기관 한경대학교
연구기간 2014.11.01.~2017.04.30.
연구비 117,000 천원
핵심키워드 바이오에너지, 합성가스, 이산화탄소 저감, 기-액물질전달, 나노입자, 발효공정
요약

연구목적 및 필요성

 O 미생물 배양을 위해 사용되는 배지의 주요 영양성분은 탄소원, 질소원, , 산소, 황으로 구성되어있으며, 그 외에도 미네랄, 비타민 등 다양한 미소 영양성분의 공급이 필수

 O 이러한 영양성분의 원활한 공급은 균주의 성장 뿐 아니라 유용산물의 생산을 위해서 필수적임

 O 본 연구에서는 개발된 표면개질된 나노입자를 자성을 가지도록 개질하여 이를 바이오에탄올 생산을 위한 C.ljungdahlii 발효공정에 적용함으로써 사용된 입자의 회수 및 재사용이 가능한지 검증하고, 이를 통해 경제성을 가지는 연속 생산 공정의 가능성을 확인함

 O 또한, 개발된 나노입자를 활용한 기체기질 사용 생물공정 효율화 방법을 이산화탄소를 유용물질로 전환하는 광합성 균(미세조류 또는 시아노박테리아) 배양공정에 적용하여 광합성 미생물을 이용한 바이오에너지 생산 생물공정의 생산성 향상을 목적으로함

 

연구 내용 및 범위

 O 회수, 재사용이 가능한 표면 개질된 자성 나노입자의 첨가로 합성가스로부터 바이오에탄올을 생산하는 경제적인 고효율 생물공정 기술 확립

 O 광합성 미생물(미세조류)의 이산화탄소 고정화와 바이오에너지 생산을 위한 배양조건의 최적화 확립

 O 광합성 미생물 배양공정에 자성 나노입자를 적용하여 유용물질 생산성이 향상된 경제적 생물 공정기술 확립

연구성과

연구결과

 O 회수, 재사용이 가능한 표면 개질된 자성 나노입자의 첨가로 합성가스로부터 바이오에탄올을 생산하는 경제적인 고효율 생물공정 기술 확립

  - 표면 개질된 CoFe2O4와 실리카의 복합 나노입자를 첨가하여 60h 동안 C. ljungdahlii를 배양한 후 네오듐 자석을 이용하여 첨가된 나노입자를 회수함

  - 회수된 나노입자는 원심분리기와 에탄올을 이용하여 3번 반복해서 세척한 후 건조, C. ljungdahlii를 배양할 때 이를 재사용하여 균주에 건조 질량과 에탄올, 아세트산 생성 농도를 확인함

 O 광합성 미생물(미세조류)의 이산화탄소 고정화와 바이오에너지 생산을 위한 배양조건의 최적화 확립

  - 온도 조건(20 , 29 , 40 )에 따른 균주 생장 속도를 확인한 결과, 20 29 에서는 C. vulgaris의 생장이 꾸준히 증가하지만, 40 에서는 거의 생장을 하지 않음

  - 조도 조건(~1000 lx, 2000~3000 lx, 3000~4000 lx)에 따른 균주 생장 속도 확인한 결과, 조도가 높아질 수 록 C.vulgaris의 성장속도가 증가하는 것을 알 수 있음

  - pH 조건(pH4, pH8, pH10)에 따른 균주 생장 속도 확인한 결과, C. vulgaris 생장에 pH 변화는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 보여짐

 O 광합성 미생물 배양공정에 자성 나노입자를 적용하여 유용물질 생산성이 향상된 경제적 생물 공정기술 확립

  - 표면 개질된 CoFe2O4와 실리카의 복합 나노입자를 첨가하여 6일 동안 C. vulgaris를 배양하여 나노입자 적용에 따른 미생물 생장 속도 및 Lipid 함유량을 비교함

  - 표면 개질된 자성 나노입자 적용 전후, C. vulgaris의 건조질량은 각각 0.8889 g/L, 1.1574 g/L로 미생물 생장 속도가 30.2% 향상되었으며, C. vulgarisLipid 함유량은 9.4%에서 15.1%로 증가하여 표면 개질된 자성나노입자 적용 후 60.6% 증가함

 

활용계획

 O 자성물질로 표면개질이 된 나노입자를 사용함으로써 회수, 재활용 할 수 있게 하여 생물공정 시스템을 운영하는데 경제적인 효과를 기대할 수 있음

 O 이산화탄소 저감을 위한 생물공정기술 뿐만 아니라 기체를 기질로 사용하는 생물공정 전반에 응용이 가능하므로 관련 생물공정을 활용하는 산업 전반에 응용 가능함

 

주요성과

 O 보고서 1

 O 국내논문 SCI 1

 O 국외논문 SCI 2

 O 국제학술대회 1

 O 국내 특허 출원 1

 O 국외 특허 등록 1

첨부파일 ndslOrgDocDown(260).pdf
출처 국가과학기술정보센터
등록일 2020-03-09

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