The objective of this paper is to investigate into the design of photbioreactor for mass production of microalgae. Characteristics of previously developed photobioreactors were examined to obtain design factors, including light transfer, fluid dynamics and metabolic reactions, of the photobioreactor. Design technology of components related to the design factors, such as light sources, photobioreactor cases, spargers, mixer, etc., was discussed to improve the viability and the growth rate of microalgal and productivity of the photobioreactor. Finally a principle direction of the design for an airlift flat plane photobiorectors was investigated.
관형 광생물 반응기를 이용하여 반응기내로 들어가는 $CO_2$ 혼합기체의 농도와 유속에 따른 S. platenis 성장 특성을 분석하였다. S. platensis 성장 곡선을 분석한 결과 3% $CO_2$ 혼합기체를 150 ml/min의 유속으로 흘려 줄 때 가장 빠른 성장 특성을 보여 주었다. 반면 6% $CO_2$ 혼합기체 50 ml/min 경우는 본 실험 조건 중 S. platenis 성장에 유리하지 않음을 알 수 있었다. 시간에 따른 접종 배지의 pH 변화를 분석한 결과 관형 광생물 반응기내로 흘려주는 유속에 상관없이 $CO_2$ 혼합기체 농도에 따라 일정한 pH를 형성함을 알 수 있었다. 이는 접종 배지내에 일정하게 흘려주는 $CO_2$ 기체로 인해 배지내에 탄산염 시스템이 형성됨을 예측할 수 있었다. 또한 시간에 따른 비성장 속도를 분석한 결과 모든 실험 조건에서 지수성장기 동안 비성장 속도가 감소하는 경향을 보였으며 이는 광합성 미세조류인 S. platenis의 농도 증가가 오히려 관형 광생물 반응기로 복사되는 빛 에너지의 투과도를 약화시켜 S. platenis의 성장을 저해 한다고 볼 수 있다.
We present results of the optical design and fabrication of a light-guiding plate (LGP) for a photobioreactor by using sunlight and a linear Fresnel lens. LGP patterns were designed by optical simulations with an illumination design tool, LightTools, and fabricated by using a computerized numerical control machine. Optical characteristics of average deviation of illuminance distribution and light throughput efficiency were measured and compared with simulation results.
Adhesive bonding and plastic welding have been widely used to join two plastic materials together. The goal of this paper is to determine a proper joining technology of a pair of flat panel (FP) photobioreactor (PBR) case. The material of the FP PBR case is polycarbonate (PC) plate. Two types of adhesion, including acryl adhesive and two-part epoxy adhesive, as well as two types of plastic welding technology, including ultrasonic welding and thermal welding, are employed for joining of PC plates. In order to influence of the adhesion and welding conditions on the joining characteristics of the PC plates in operational conditions of the FP PBR case, the morphology in the vicinity of the joined region as well as the water and pressure resistance characteristic are investigated. In addition, the variation of the bonding strength of the joined region and deformation behaviors in the vicinity of the joined region according to the adhesion and welding conditions is examined via the lap-shear test. From the results of basic experiments, proper joining technologies are chosen. Using the chosen joining technologies, the FP PBR case are fabricated to perform full-scale durability experiment. The results of the full-scale durability experiment have been shown that the chosen joining technologies can be applicable to fabricate the FP PBR case.
본 논문에서는 광생물 반응기의 조명 시스템으로 활용될 LED(Light-Emitting Diode)용 도광판의 광학설계 및 제작 결과에 대해 보고한다. 도광판 설계를 위해 광원, 반사필름, 도광판 패턴에 대한 모델링을 수행하였다. 특히, 도광판 패턴의 경우 램버시안 산란체(Lambertian Scatterer)로 모델링을 수행하였는데, 테스트용으로 제작된 도광판의 조도분포와 부합하는 모델 파라미터(반사율, 산란체의 폭)를 매칭 시뮬레이션을 통하여 추출하였다. 추출된 모델 파라미터를 사용하여 광학설계를 수행하였으며, CNC(Computer Numerical Control) 가공을 통해 도광판을 제작하였고, 평균조도와 조도균일도 등의 광학 특성을 측정하였다.
The objective of this paper is to investigate into the development of a thin flat panel photo-bioreactor case with characteristics shapes. The thin flat panel photo-bioreactor case was designed to be manufactured from a plastic thermoforming process. A proper design with a relatively high rigidity was obtained through the structural analyses for different designs of the photo-bioreactor case. The thermoforming analyses were performed. From the results of the thermoforming analyses, a proper forming condition and the formability of the designed plastic photo-bioreactor case were estimated. The thermoforming moulds for the flat panel photobioreactor cases were manufactured. The thermoforming experiments were performed to examine the manufacturability of the designed flat panel photo-bioreactor cases. From the results of the thermoforming experiments, it was shown that thin flat panel photo-bioreactor cases with characteristic shapes can be manufactured from the designed thermoforming mould and process.
LEE JAE-YOUNG;KWON TAE-SOON;BAEK KITAE;YANG JI-WON
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제15권3호
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pp.461-465
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2005
Characteristics of biological $CO_2$ fixation by Chlorella sp. HA-1 were investigated in a semi-continuous and series reactor system using an internally illuminated photobioreactor to overcome shortcomings of physicochemical technologies such as adsorption and membrane separation. High $CO_2$ fixation rate was achieved in the semi-continuous reactor system, in which the dilution ratios of the culture medium were controlled. The average $CO_2$ fixation rate was maintained almost constantly when the dilution ratio increased by 0.1 increment from the initial value of 0.5. The total removal efficiency of $CO_2$ was enhanced by employing a series reactor system. The average $CO_2$ fixation rate increased until 4.013 g $CO_2\;day^{-1}$ in a series operation of four reactors, compared to 0.986 g $CO_2\;day^{-1}$ in a batch operation mode. The total $CO_2$ fixation rate was proportional to the number of reactors used in the series reactor system. In the series reactor system of semi-continuous operation, a large amount of $CO_2$ was removed continuously for 30 days. These results showed that the present reactor systems are efficient and economically feasible for a biological $CO_2$ fixation.
Using fossil fuels in existing industrial systems causes a variety of social problems. Recently, many studies have been conducted on bio-refineries, which aim to actively utilize biomass to reduce the use of fossil fuels and solve various social problems. Among them, research using microalgae as a third-generation biomass has attracted considerable attention. Microalgae use inorganic matter to produce organic matter, and cell destruction is necessary to extract useful organic materials from microalgae. The extracted organic materials are currently used in various industrial fields. Numerous cell-destruction methods exist. We have investigated cell disruption by sonication, especially its efficiency. Ultrasound is a sound wave with frequencies above 20 kHz, and destroys cells by sending high energy through a cavitation that occurs, according to the characteristics of the sound wave. The Dunaliella salina microalgae used in this study was cultured in a flat-type photobioreactor. Experiments were performed using a batch low-frequency processing device. Logistic model was applied to analyze the results of cell-destruction experiments using ultrasound. The proper conditions for the most efficient cell destruction were OD 1.4(microalgae concentration)), 54watt(output power) and 200mL(microalgae capacity).
새로운 형태의 내부조사형 광생물반응기에서 Chlorella sp. HA-1의 이산화탄소 고정화 특성을 살펴보았다. 높은 이산화탄소 농도에서 균체를 적응시켜 10%와 20%(v/v) 이산화탄소 농도 모두에서 내성을 가지도록 하였다. 그리고 조도, 초기균체농도, pH 등을 조절하여 이산화탄소 고정화양, 372 $gCO_2/m^2{\cdot}day$을 얻었다. 또한 장시간 동안 지속적으로 배출되는 이산화탄소를 제거하기 위한 운전 방법으로 반연속식 배양방법을 사용하여 희석비를 0.1씩 증가시켰을 때 각 단계마다 균체성장속도를 일정하게 유지하는 결과를 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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