초록 ▼

□ 연구개요
본 연구과제를 통하여 고효율 광독립 미생물전기합성 시스템 개발을 위해 최적의 전극, 전극촉매, 생물막 형성, 반응조 설계 및 반응기작 등을 연구하였습니다. 친환경 바이오 리파이너리 플랫폼을 이용하여 하폐수처리장 혐기성소화조 메탄발효 업그레이드 및 이산화탄소의 고부가가치 화합물 (메탄, VFAs) 전환을 통하여 신재생 바이오에너지 최대 생산을 달성할 수 있었습니다.

□ 연구 목표대비 연구결과
○ Metal oxide 나노 전자전달 촉매 (FexMnOy) 개발 및 미생물전기합성(MES) 반응조 운전을

□ 연구개요
본 연구과제를 통하여 고효율 광독립 미생물전기합성 시스템 개발을 위해 최적의 전극, 전극촉매, 생물막 형성, 반응조 설계 및 반응기작 등을 연구하였습니다. 친환경 바이오 리파이너리 플랫폼을 이용하여 하폐수처리장 혐기성소화조 메탄발효 업그레이드 및 이산화탄소의 고부가가치 화합물 (메탄, VFAs) 전환을 통하여 신재생 바이오에너지 최대 생산을 달성할 수 있었습니다.

□ 연구 목표대비 연구결과
○ Metal oxide 나노 전자전달 촉매 (FexMnOy) 개발 및 미생물전기합성(MES) 반응조 운전을 통하여 중탄산나트륨으로부터 유기산 (아세트산, 이소부티르산)을 성공적으로 생성할 수 있었음
○미생물전기합성 시스템(MES)에서 메탄 생성을 향상시키기 위하여 효율적인 음극촉매로 사용하기 위해 자철석/제올라이트(MZ) 및 다공성 환원그래핀 산화물/중공 티타니아(rGO/TiO2)를 성공적으로 합성하였음. 새로운 MZ 및 GO/TiO2)촉매는 높은 친수성과 전도성, 반응 표면적 증가 및 전하 이동 저항 감소를 위한 마이크로 채널을 촉진할 수 있었으며 음극에서 전기 활성 미생물막 형성을 향상시켜 최대 효율의 메탄 생성을 얻을 수 있었음
○ 최대 메탄생성은 1.0V 외부전압 조건에서 얻을 수 있음을 확인하였으며 Methanobacteria가 Methanobacterium만 포함하고 음극에서 우세하게 발견되었음
○ 효율적인 혐기성 소화를 위한 배플이 있는 새로운 단일 챔버 연속운전 미생물전기 합성(MES) 시스템 개발하여 산화 및 환원반응 시 발생될 수 있는 간섭현상을 줄일 수 있었음. 최대 292.6 mL/L∙d의 메탄 생성 속도와 0.36 ± 0.006 L CH₄/g COD의 메탄 수율을 얻을 수 있었음
○ 배플 MES 반응조 연속운전 및 현장 적용을 위한 주요 운전인자 영향 실험을 통하여 최적의 메탄 발생효율을 얻기 위한 HRT, 기질주입 농도등을 파악할 수 있었음

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
○ 생물전기합성 기술을 통하여 기후변화대응 및 신재생에너지 개발 목표의 달성에 기여할 수 있을 것으로 기대함.
○ 환경을 오염시킬 가능성이 있는 폐기 가스 및 하폐수를 친환경적 처리뿐 아니라 탈석유 바이오에너지 자원으로 전환하는 획기적인 기술로 활용될 것임.
○ 개발되는 전극 소재 및 전극표면 개질 방법은 다른 생물전기화학적 에너지 생산 및 환경처리 기술에 활용 될 것으로 기대함.
○ 미생물과 전극과의 전자전달 기작 이해는 생물전기화학 반응을 환경처리 및 바이오에너지 생산 기술로의 산업화에 기여할 것으로 기대함.
○ 실제 폐기 가스 및 하폐수 적용 평가를 통하여 국내외 발생되는 탄소오염물의 저감 및 바이오연료 생산 예측에 기반 자료로 활용 될수 있음.
○ 미생물전기합성 실험실 규모 연속운전 실험 자료는 파일럿 규모 및 현장 운전을 위한 기반 기술 및 자료로 활용될 것임.
○ 국내 실제 폐수 (음폐수 및 매립지 침출수 등)를 처리하기 위한 하폐수처리장 내혐기성 소화를 통한 메탄생산의 효율을 증대하기 위해 활용될 수 있을 것이라 예상함. 또한 폐기가스 (CO2)의 바이오연료 전화을 통한 기후변화대응 및 신재생에너지 생산시스템 개발에 기여할 것임.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 8
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 8
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 18
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 31
• 끝페이지 ... 47