"규조류" 라는 단어는 많은 사람들이 익숙하지 않다. 사실 규조류는 우리 생활의 모든 구석에 다른 형태로 존재하지만 육안으로는 알아차리기 어렵다. 말하자면, 여러분이 가장 많이 연상하는 것은 규조류와 실리콘 조류입니다. 사실 규조류와 실리콘 조류는 완전히 다르다. 규조류는 널리 응용된다. 그것을 보지 마라 (미크론급), 그러나 안에는 모두 보물이다. 규조류의 "비밀" 에 대해 자세히 말씀드리겠습니다.
규조류는 지구상에서 가장 풍부한 조류 중 하나로, 종류가 수십만 종에 달하며, 흔히 볼 수 있는 종류는 약 16000 이다. 그것은 단세포 식물로 크기가 0.6 미크론 ~ 10 미크론이며 형태가 다양하다. 규조류 껍데기는 주로 마이크로나노 구조의 이산화 실리콘으로 이루어져 있으며 순도는 98% 이상이다. 규조류도 가장 중요한 플랑크톤으로 분포가 넓다. 물이 있는 곳에는 물이 있다. 그 종류가 많고 수량이 많기 때문에 바다의' 초원' 이라고 불린다.
지구상의 산소의 70% 는 플랑크톤에 의해 방출되며, 플랑크톤은 매년 360 억 톤의 산소를 발생시켜 지구 대기 중 산소 함량의 70% 이상을 차지한다. 규조류의 수는 플랑크톤의 60% 이상을 차지한다. 현재 지구상에 규조류가 없다고 가정하면, 3 년도 안 되어 지구의 산소가 고갈될 것이다.
규조류는 산소를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 높은 공업 응용가치를 가지고 있다. 규조류 껍질에서 추출한 마이크로나노 바이오소재는 강도, 충격, 내고온, 노화, 내식성, 방음 보온 등의 특징을 갖추고 있어 자연계에서 독특한 순도 생물 무기 소재입니다. 규조류 껍데기 마이크로나 바이오소재는 고비비 표면적을 가진 섬세한 벌집 모양의 다단 다공성 구조다.
2007 년부터 조지아 공대 연구원들은 새로운 실리콘 구조를 만드는 데 사용할 유전자 공학 의사 하이에나의 기술을 개발해 왔습니다. 유전자 복제 기술을 사용하여 규조류가 복잡한 실리콘 세포를 구축하는 과정을 연구함으로써 연구원의 최종 목표는 실험실에서 나노 물질을 만드는 기술을 찾는 것이다.
전체 분야를 살펴보면, 우리나라 규조류의 폐쇄 배양은 연구와 소규모 생산으로 제한되며, 대규모 공업화 생산을 할 수 없다. 생산원가가 높기 때문이다. 관형 리액터는 가장 흔히 볼 수 있는 폐쇄형 규조류 배양 장치로, 건설 및 운영 비용이 높고 부가가치가 낮은 일반 대규모 배양에는 사용하기가 어렵다.
독일 국유기업은 관형 광생물반응기를 이용해 클로렐라를 배양하는데, 초분 연간 생산량은 130- 150 톤이지만 생산원가 때문에 유지하기가 어렵다. 우리나라에서 개방적으로 배양된 규조류의 종류는 많지 않다. 예를 들면 스피루리나 클로렐라, 소금조류 등이 있다. 주로 보건품 생산, 색소 추출 등 고부가가치 제품에 쓰이기 때문에 산업 원료로 대량으로 사용할 수 없다.
현재 규조류 배양에 사용되는 광생물반응기는 주로 폐쇄와 개방의 두 가지가 있다. 폐쇄형 광생물반응기는 주로 관형 리액터와 판형 반응기를 포함한다. 주된 장점은 오염이 적고, 통제하기 쉬우며, 조류 밀도가 높지만, 운영비용이 높고, 냉각수 소비가 많고, 청소관리가 어렵다는 점이다.
개방형 광생물반응기 (Open photobioreactor) 는 운영비용이 낮고, 냉각이 필요 없고, 관리가 쉽다는 장점이 있지만, 외래생물오염에 취약하고, 날씨의 영향을 받아 생산이 불안정하고, 배양밀도가 낮은 오픈 풀 배양 시스템입니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 생물공학센터 수석과학자: 국제적으로 유명한 수산양식전문가, 미국공학원 원사 왕원사가 수년 동안 규조류의 개방형 규모 양성에 힘쓰고 있으며, 그 기술은 현재 세계 최고 수준에 이르렀다.
▲ 자오 카이 생물 공학 연구 개발 센터 규조류 양식 기지
왕원사는 1990 년대 말에 상업화 시스템을 설립하고 성공적으로 운영하여 오픈 시스템에서 규조류-각모조류를 배양하였다. 생산된 규조류는 수산 사료업에 쓰이며 2004 년 미국에서 관련 특허를 출원했다.
이를 바탕으로 왕원사는 국내 팀을 이끌고 개방반응기가 외래생물오염, 생산량 감소, 생산 불안정 등에 취약하다는 문제를 해결하기 위해 타깃 기술 해결책을 개발해 이 문제를 효과적으로 해결했다. 합리적인 설계와 자체 개발한 규조류 개방형 배양 시스템 기술을 통해 생산 및 유지 보수 비용을 절감하고 고밀도 연속 생산을 실현하며 폐쇄형 광생물반응기와 전통적인 개방형 생물반응기의 기술적 병목 현상을 해결합니다.
현재 R&D 센터의 규조류 양식 기술을 이용하여 규조류 양식 연간 생산량은 헥타르당 120 톤 (규조류 건조 분말) 에 달할 수 있으며, 육지의 농작물 연간 생산량은 대부분 헥타르당 15 톤 이하이다.
▲ 규조류 건조 분말
조서생물공학 R&D 센터에서 규조류를 양식하는 일일 생산량은 일조와 온도의 영향을 받는다. 물 리터당 건조류 0. 1-0.2g 사이 최대 닛산은 0.4g 리터에 이른다. 연간 유효 근무일 300 일, 리액터 깊이 0.3m 로 계산하면 헥타르당 연간 1.20 톤의 건조류를 생산할 수 있고, 30% 의 기름을 올려 바이오오일 36,000 리터를 생산할 수 있다.
규조류 바이오오일은 바이오디젤과 항공연료를 생산하는 데 사용할 수 있다. 항공 등유는 발열량, 밀도 및 저온 성능에 대한 엄격한 요구 사항을 가지고 있으며 규조류에서 추출한 항공 연료는 일반 항공 등유를 대체할 수 있습니다. 규조류 항공 연료를 사용하면 배기가스에서 질소산화물과 탄화수소의 배출량이 크게 줄어들고 황화물의 배출량은 전통 항공 등유의 1/60 으로 떨어질 수 있다.
조카이 생물공학 R&D 센터 규조류 규모 생산 시스템의 특징은 다음과 같습니다.
1. 개방형 규조종 선별은 체계적이어서 전통적인 규조종 저장고와 확장 배양이 필요하지 않다.
2. 규조류 배양법 혁신, 목표 규조류 선택적 방향성 배양.
3. 특수한 조류 제어 공정은 목표 규조류의 우세도가 96% 에 달하도록 보장하며, 물에 들어가는 것을 사전 처리할 필요가 없다.
4. 플랑크톤의 섭취를 효과적으로 통제한다. 배양 과정에서 적생물의 섭취로 인한 생산량 감소와 조류가 뭉치지 않는다.
5. 규조류는 자연 조건 하에서 개방적으로 배양할 수 있으며 고온, 강한 빛, 비 등 자연 조건 하에서 규조류를 안정적으로 생산할 수 있어 비닐하우스를 지을 필요도 없고, 물을 소독할 필요도 없다.
6. 생산원가가 낮아 대량의 저비용 규조류 원료를 제공하여 심도 있는 가공을 할 수 있어 강한 경제적 경쟁 우위를 가지고 있다.
R&D 센터에서 개발한 규조류 개방형 배양 기술도 생산비용면에서 큰 장점을 가지고 있으며, 바이오에너지, 바이오에너지, 생물의약, 사료 첨가제, 식품첨가제 등 이전에 비용 문제로 인해 적용할 수 없었던 많은 산업으로 확대될 수 있습니다.
규조류 양식 개발과 심도 있는 가공 산업의 발전은 큰 의미가 있으며, 주로 다음 다섯 가지 측면에 나타난다.
1, 규조류 문화는' 식량과 쟁탈지' 가 아니다. 규조류 생산에서는 연해, 갯벌, 늪, 알칼리성 토양을 선택할 수 있으며, 규조류 양식 개발은 식량 재배 면적을 줄이지 않으며, 염분 토양은 점차 양지로 전환될 수 있다.
규조류 양식은 녹색 산업입니다. 각 생산 1 톤 규조류는 약 1.6 톤의 이산화탄소를 흡수하고 1 톤의 산소를 방출한다.
3. 규조류는 매우 높은 응용가치를 가지고 있어 천연 다공성 나노 물질을 추출하여 항균 항종양 약물을 생산할 수 있으며 사료 화공 등의 산업에서 큰 응용 전망을 가지고 있다.
4. 규조류 생산 과정에서 제초제, 농약 등 유해 화학물질을 사용하지 않아 좋지 않은 환경영향은 없다.
5. 규조류에는 약 1/3 규조류 껍질, 1/3 식물단백질, 1/3 기름이 함유되어 있어 모두 높은 응용가치를 가지고 있으며, 규조류는 식물단백질과 기름의 양질의 원천이다.
결론적으로 규조류의 개발과 응용은 매우 방대한 생태공업체계가 될 것이며, 재료 분야의 혁명이 될 것이며, 우리나라의 각종 고, 정밀, 첨단 재료의 수요를 충족시킬 수 있을 뿐만 아니라 공업, 농업, 국방, 의약품, 식품, 에너지 안전 등에서 큰 역할을 할 것이다.