Abstract
The characteristics of $CO_2$ fixation by Chlorella HA-1 cultured in bubble columns were studied to achieve high photosynthetic rates per basal area. The influence of experimental conditions such as the diameter of a bubble column and gas flow rate, on photosynthesis of Chlorella HA-1 was investigated. The maximum productivity and the overall $CO_2$ fixation rate obtained in a 0.15 L bubble column was 1.09 g dry biomassa-day and 1048 g CO$_2/\m^2$-day, respectively. Light limitation has been observed in the bubble columns having a diameter larger than 3.5 cm.. As the reactor volume increased, the decrease of the $CO_2$ fixation rate was remarkable. High gas flow rate was helpful to mitigate the light limitation problem.
수직 관형 반응기(기포탑)에서 담수성 미세조류인 Chlorella HA-1의 $CO_2$고정화 특성을 조사하였다. Chlorella HA-1의 배양액은 균체 자체에 의한 음영효과(self-shading effect)로 균체의 농도가 증가하면 빛의 투과 깊이는 급격하게 감소하는 것으로 밝혀졌다. 기포탑 반응기에서의 균체 생산성은 반응기의 직경에 반비례하여 가장 작은 직경 2 cm 반응기에서 균체 생산성과 $CO_2$고정화 속도가 각각 1.097 g/1와 1048 g CO$_2/\m^2$-day로 가장 높았다. 그러나 직경 2 cm 반응기의 경우 photoinhibition현상이 나타났으며 그 결과 최종 균체 농도는 직경 3.5cm반응기의 7.84g/l에 비해 30%낮은 5.65g/l이었다. 기포탑 반응기의 직경이 2 cm이상이면 $CO_2$ 고정화 속도가 급격하게 떨어지는 것으로 밝혀졌다. 이와 같은 $CO_2$ 고정화 속도의 감소는 광합성에 필요한 빛이 반응기 내부로 충분히 전달되지 않아 대부분의 미세조류가 $CO_2$ 고정화에 빛을 효율적으로 활용할 수 없었기 때문으로 생각된다. 기포탑 반응기에 공급하는 $CO_2$가스 유량을 증가시키면 미세조류의 생산성이 높아졌으며 반응기의 직경이 커질수록 생산성의 상승 효과는 뚜렷하였다. 이와 같은 균체의 생산성 향상은 균체가 명-암영역으로 활발하게 이동하여 빛의 활용 효율을 높일 수 있었기 때문으로 생각된다. 따라서 반응기내 미세조류가 명-암 영역으로 활발하게 이동하도록 하는 장치 또는 운전기술의 적용이 필요함을 보여준다.
