Sulfate Modulation for Hydrogen Production by Chlamydomonas reinhardtii in Continuous Culture

We investigated the effect of sulfate re-addition on hydrogen production under sulfur-deprived condition. When the final concentration of sulfate to cell suspensions($0{\sim}120{\mu}M$) was increased, chlorophyll concentration, culture density, and total amount of $H_2$ produced, increased up to an optimal concentration of $30{\mu}M\;MgSO_4$. Maximum hydrogen volume was 236 mL $H_2/L$ culture at $30{\mu}M\;MgSO_4$. However, the addition of excess sulfate(above $MgSO_4\;60{\mu}M$) delayed the start of hydrogen production and the induction of hydrogenase. Accordingly, the final yield of hydrogen production was reduced. Using these results, we attempted the continuous and sustained hydrogen production by sulfate re-addition($30{\mu}M\;MgSO_4$) using a single C. reinhardtii culture for up to 4 cycles. In total, hydrogen production volume was 625 mL $H_2/L$ culture.

Chlamydomonas reinhardtii 연속 배양에서 수소생산을 위안 황 조절

우리는 황결핍 환경에서 C. reinhardtii에 의한 수소생산성을 증진시키기 위해 황성분의 농도가 수소생산에 미치는 영향을 조사하였고, 그 결과를 이용하여 황 재첨가에 의한 연속적인 수소생산을 수행하였다. $MgSO_4$ 용액을 농도별(0, 15, 30, 60, 120 ${\mu}M$)로 희석하여 황결핍 초기에 첨가하였을 때, 최적 황농도는 $30{\mu}M$로서 236 mL $H_2/L$ culture를 생산하였다. 황결핍 시 황성분의 첨가는 PSII 활성화에 기여하여 hydrogenase가 수소합성에 이용할 수 있는 전자를 다량 발생시키기 때문이다. 그러나 초기에 첨가해 준 황농도가 너무 높으면, 황결핍 시간이 지연($MgSO_4\;60{\mu}M$의 경우) 되거나 황결핍이 일어나지 않기($MgSO_4\;120{\mu}M$의 경우) 때문에 hydrogenase가 유도되지 않는다. 따라서 수소생산량이 다른 농도에 비해 감소하거나 수소가 전혀 생산되지 않았다. 연속적인 수소생산을 위한 황성분 재첨가는 총 4회 수행되었고, 발생된 총 수소생산량은 625 m/L $H_2/L$ culture였다. 그러나 황성분을 재첨가해 줄 때마다 수소생산량은 점차 감소되었다. 이것은 황결핍 조건에서 단일항 산소에 의한 chlorophyll 파괴 및 세포 수의 감소, 또한 배양액 내의 pH의 증가 때문에 수소생산이 감소된 것으로 사료된다. 따라서 황결핍 조건에서 조류를 이용한 연속적인 수소생산 공정을 개발하기 위해서 황성분 첨가시기를 조절하여 세포의 사멸을 방지하고, 배양액내 pH 조절을 위한 다양한 buffer 첨가 실험 등 수소생산성을 지속적으로 유지할 수 있는 다양한 연구가 필요하다.