초록 ▼

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
▪ 연구개발 최종목표:생물전기화학적 활성 기반 고효율 혐기소화 및 바이오가스 고질화 기술 개발
▪ DIET 촉진 기반 고효율 고안정성 바이오가스화 기술 개발
-DIET 촉진 전도성 물질/투입량 선정: 철계/탄소계 전도성 물질 2종 테스트
-실험실 규모 연속식 소화조 장기운전(≥6개월) 결과 기반 최적 DIET 촉진 조건 선정: 바이오가스 생성속도 또는 메탄 수율 ≥10% 향상
-유기산 축적 저항성 및 미생물 활성 회복력 향상: 프로피온산 및 부틸산 축적 환경에서 유기

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
▪ 연구개발 최종목표:생물전기화학적 활성 기반 고효율 혐기소화 및 바이오가스 고질화 기술 개발
▪ DIET 촉진 기반 고효율 고안정성 바이오가스화 기술 개발
-DIET 촉진 전도성 물질/투입량 선정: 철계/탄소계 전도성 물질 2종 테스트
-실험실 규모 연속식 소화조 장기운전(≥6개월) 결과 기반 최적 DIET 촉진 조건 선정: 바이오가스 생성속도 또는 메탄 수율 ≥10% 향상
-유기산 축적 저항성 및 미생물 활성 회복력 향상: 프로피온산 및 부틸산 축적 환경에서 유기산 분해 및 메탄생성활성 회복속도 ≥20% 향상
-유기물 고부하 저항성 및 공정 안정성 향상: 정상상태 운전 가능 유기물 부하율 ≥20% 향상
▪ CO2 유용자원 전환형 바이오가스 고질화 기술 개발
-2종의 전기화학적 바이오가스 고질화 후보기술 탐색 및 최적 기술 선정: 바이오가스 내 CO2의 유용물질(메탄, 포름산) 전환율 80% 이상
-바이오가스 고질화 기술 최적화 및 실용화 규모 시스템 구현: 바이오가스 1m3/일 처리, 고질화 메탄 함량 80% 이상
▪ 현장 적용 가능 실용화 기술확보
-파일럿 연구설비 장기운전 수행
▪ 개발기술 적용 바이오가스화/고질화 공정 설계 및 운전기준 제시

전체 내용
1단계
(해당 시 작성)
목표
내용
①1차년도
▪ DIET 촉진 기반 고효율 혐기소화 요소기술 개발
-전도성 물질 선정 및 특성 분석
-실험실 규모 연속식 소화조 이용 전도성 물질 투입 DIET 촉진 테스트
-DIET 촉진에 의한 혐기소화 미생물 군집의 유기산 분해능 향상 효과 평가
▪ 바이오가스 내 CO2 메탄/포름산 전환 요소기술 개발
-포름산 및 메탄 생성 전기촉매 설계
-전기촉매 합성 및 GDE 기반 CO2 전환 반응기 개발
-전기화학적 CO2 전환 효율 최적화
▪ DIET 촉진기술 연구용 bench-scale 실험설비 구축/운전
-Bench-scale 혐기소화 실험설비 설계
-Bench-scale 혐기소화 실험설비 제작 및 설치
-Bench-scale 혐기소화 실험설비 시운전 및 안정화 운전
②2차년도
▪ DIET 촉진 기반 고효율 혐기소화 요소기술 최적 적용조건 도출
▪ CO2 유용자원 전환형 바이오가스 고질화 최적 기술 선정
▪ DIET 촉진기술 적용 파일럿 연구시설 설치/운전
③ 3차년도
▪ DIET 촉진 고효율 혐기소화공정 장기운전 안정성 평가
▪ CO2 유용자원 전환형 바이오가스 고질화 파일럿 테스트
▪ 최적 요소기술 적용 파일럿 설비 운전 및 개발기술 적용 시스템화 방안 제시

연구개발성과
○ Bench-scale 설비(0.1톤/일 처리규모) 기본설계 및 현장설치 완료
○ Bench-scale 설비 무부하운전 및 시운전 완료
○ Ploit-scale 설비(1톤/일 처리규모) 기본설계 완료
○ Bi촉매 합성 및 3전극 시스템에서의 전기화학적 성능 평가
○ 2 채널 MEA 시스템 반응기 개발 및 전기화학적 CO2 환원반응 실험
○ Zn-Sno2 촉매합성 및 전기화학적 CO2 전환을 통한 포름산 생성 실험
○ 혐기소화 DIET 활성 촉진을 위한 철계(마그네타이트) 및 탄소계(분말활성탄) 전도성 물질 각 1종 선정 및 물리화학적 특성 분석을 완료
○ 전도성 물질(마그네타이트, 분말활성탄) 투입 및 미투입 조건을 각 2반복 실험하기 위한 반응용량 4L의 실험실 규모 CSTR 혐기소화조 6기 구축 완료
○ 구축한 6기의 반응기를 이용한 연속식 운전 및 공정효율 모니터링 수행 중(보고서 작성 시점(2021년 10월 25일) 기준 3개월 이상 – 목표치 6개월 이상)
○ 전도성 물질 미투입 안정화 조건 및 전도성 물질 농도 0.8g/L 투입 조건 실험을 완료 ; 전도성 물질 농도를 1.6g/L로 높여 실험 계속 예정
○ 유기산 분해능 향상 평가 SMA 테스트를 위한 전도성 물질 농도 0.8g/L 조건의 정상상태 슬러지 확보 완료 - 전도성 물질 농도 조건별 SMA 테스트 수행 계획
○ 현재까지 전도성 물질 농도 0.8g/L 조건에서 유의미한 바이오가스화 효율 향상 미확인 ; 차년도 연구에 필요한 최적 전도성 물질 및 투입량 선정 연구 계속 중

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ 전도성물질의 순환 및 회수 가능한 소화시스템 개발 통한 scale-up 활용
○ Bench-scale 설비 설계/제작/운전 결과를 통해 pilot-scale 설비 설계반영
○ 합성촉매 및 전기화학적 기술을 적용한 메탄함량 향상 및 포름산 생산 활용
○ 현장적용 및 사업화
- 총괄과제 주관기관인 ㈜KEC시스템 보유 바이오가스화시설 부지에 구축 예정인 파일럿 연구시설을 활용한 현장 적용 및 실증을 통하여 사업화에 필요한 scale-up 기술 확보
- 실험실/파일럿 규모 테스트 및 실증화 후속연구를 통하여 기술 신뢰도를 확보하여 기존 및 신규 바이오가스화시설 대상 사업화
- 전문기업(총괄주관)이 연구개발을 총괄하므로 개발기술의 사업화 및 시장진입 유리
○ 탄소중립 환경산업기술 확보
- 유기성폐기물 에너지화 효율과 바이오가스 고질화 방식을 획기적으로 개선하는 신기술 개발로 선도적 환경산업기술 확보
- 유기성폐기물 바이오가스화/고질화 신기술 실용화를 통한 국가 환경산업기술력 제고 및 탄소중립 기여
- 바이오가스화/고질화 시스템의 안정적 고품질 가스연료 생산·공급원 활용
○ 기술이전 및 후속연구
- 개발기술 적용 단위/통합공정 설계·제작·시공·운영기술 수출, 현지사업 수주, 실시권 계약, 기술이전 등을 통한 해외 시장 진출 추진
- 다양한 (잠재)바이오가스화 원료 대상 후속연구와 가격 효용성이 높은 전도성 물질 발굴·개질·개발 후속연구를 통한 기술 확장성·경제성 향상

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 8
• (1) 1단계 1차년도 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 28
• 1) 정성적 연구개발성과 ... 28
• 2) 정량적 연구개발성과 ... 28
• 3) 세부 정량적 연구개발성과 ... 30
• 4) 계획하지 않은 성과 및 관련 분야 기여사항 ... 37
• 5) 목표 달성 수준 ... 38
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 39
• 1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 ... 39
• 2) 자체 보완활동 ... 39
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 39
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 40
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 40
• 7. 연구개발비 사용실적(2021.12월 전망치) ... 41
• 8. 중요 연구변경 사항 ... 41
• 9. 다음연도 연구개발계획 ... 42
• 1) 연구개발 목표 및 내용 ... 42
• 2) 국내외 관련 분야 환경변화 ... 56
• 3) 연구개발 추진전략 ... 56
• 4) 연구개발 일정 및 기대 성과 ... 60
• 5) 다음 연도 연구개발비 사용 계획 ... 61
• 6) 사업화 추진 계획 ... 62
• 7) 연구개발 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 65
• 끝페이지 ... 68