미세조류 바이오매스 배양에 관한 실내조건의 연구가 최적화되었다면 지역의 환경과 생산물질에 적합한 조류 배양 시스템의 대형화가 필요하다. 대량 배양 시스템은 전 세계적으로 개방형 연못 시스템(Open Ponds System)의 수로(Raceway) 형태와, 밀폐형 배양 시스템(Closed System)으로 관형, 수직 원추형, 판형 및 내부 조명형의 광생물 반응기가 이용된다. 국내의 경우 밤낮의 높은 기온 차와 뚜렷한 4계절, 협소한 국토로 인해 공간 집약적 밀폐형 배양 방식이 선호되고 있지만 전문가들마다 의견은 상이하다. 개방형 배양 시스템의 경우 초기 투자비용과 유지, 보수 및 관리 비용이 비교적 저렴하지만 외부의 오염원과 탄소원 농도 공급의 불규칙성으로 고밀도 배양이 어려운 단점이 있다. 반면, 밀폐형 배양 시스템의 경우 초기 투자비용과 운전 비용이 개방형 시스템에 비해 비교적 높지만, 생물학(예, 박테리아) 및 비생물학적 요소(예, CO2 농도, 빛)의 통제와 배양시설의 멸균이 가능하여 고밀도 조류 배양이 가능한 장점을 가지고 있다. 일반적으로 오픈형 배양기는 바이오연료 생산시설로 밀폐형 배양기는 고부가가치 원료 생산시설로 이용되고 있다. 최근까지 국내에서는 한국남부발전(주) 하동 실증 단지에 Raceway Pond 형태의 옥외배양기, 그리고 한국남동발전(주) 영동화력발처 실증 단지에 다단 밀폐형 반응기 그리고 한국지역난방공사 실증 단지에 투명필름 형태의 밀폐형 반응기가 운영되어 왔다. 국외의 경우, 미국 샌디에이고와 이스라엘의 심바이오틱(Seambiotic) 사에서 Raceway 형태의 개방형 실증 규모 시스템 운용, 일본은 고베대학과 지도세 연구소에서 실증 규모의 옥외 개방형 타입의 미세조류 대량배양기를 운영하고 있다. 전문가들은 향후 최적의 조류 대량배양 시스템을 위해 생명공학-환경공학-광기술-기계 등의 분야가 융합된 다학제 간의 연구가 필요하다고 조언하며, 이를 통해 조류 기반 소재의 상업화를 앞당길 수 있다고 전망한다.
미세조류 바이오매스 배양 관련 실내조건 연구가 최적화됐다면 조류 배양 시스템을 대형화 해야한다. 대량 배양 시스템에서는 개방형 연못 시스템의 수로 형태가 전세계적으로 사용되며 관형, 수직 원추형, 판형 및 내부 조명형의 광생물 반응기가 밀폐형 배양 시스템으로 활용된다. 개방형 배양 시스템은 상대적으로 비용이 저렴하나 고밀도 배양이 어렵다는 단점이 있다. 반면,밀폐형 배양 시스템은 개방형 시스템에 비해 비용은 높으나 고밀도 조류 배양이 가능하다는 장점이 있다. 