초록 ▼

□ 연구개요
미생물연료전지(MFC) 연구는 전기생산과 폐수처리를 위해 많은 연구가 진행 되어왔으나, 발생되는 전기는 건설 비용 대비 작고 현재로서는 scale-up이 거의 불가능하여 경제적이지 않다고 알려져 있음. 그러나 최근 전기활성미생물이 GAC 등에서 전하를 저장하고 이동이 가능하다는 연구 결과가 발표되면서, 새로운 개념의 연구가 시작되었고 이를 활용하여 경제성과 실현 가능성에 초점을 맞추어, 축산분뇨 처리에 대한 전기활성미생물의 활용을 연구함. 또한 축산분뇨에 질소성분이 많기 때문에 이의 제거를 위하여 MFC를 활용하는

□ 연구개요
미생물연료전지(MFC) 연구는 전기생산과 폐수처리를 위해 많은 연구가 진행 되어왔으나, 발생되는 전기는 건설 비용 대비 작고 현재로서는 scale-up이 거의 불가능하여 경제적이지 않다고 알려져 있음. 그러나 최근 전기활성미생물이 GAC 등에서 전하를 저장하고 이동이 가능하다는 연구 결과가 발표되면서, 새로운 개념의 연구가 시작되었고 이를 활용하여 경제성과 실현 가능성에 초점을 맞추어, 축산분뇨 처리에 대한 전기활성미생물의 활용을 연구함. 또한 축산분뇨에 질소성분이 많기 때문에 이의 제거를 위하여 MFC를 활용하는 방법을 연구하고자 하였고 축산분뇨 처리 후 생분해가 어려운 유기물질이 존재하고 있으므로 이를 전기활성미생물로 제거하고자 하였음

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 최종목표는 전자수용체가 전극(anode)인 전기활성미생물을 활용하여 저비용/고효율로 축산분뇨를 부숙시키는 핵심원천기술을 개발하는 것이며 이를 위하여 1차년도 목표는 전기활성미생물 전극 배양 및 여러조건에 따른 전자 저장, 전자이동량, 유기물 및 암모니아 제거특성 파악이며 2차년도는 효율성 높은 유기물 처리를 위한 전기활성미생물반응조 개발 및 미생물군집 변화 관찰이며 3차년도는 축산분뇨에 적용 및 반응조 개선, 스케일업 방안 마련임. 이에대한 목표는 달성하였으며 논문 3건(JOURNAL OF ENVIRONMENTAL MANAGEMENT, BIORESOURCE TECHNOLOGY, ENERGIES), 학술 발표 3건 달성함.
연구결과 주요 내용으로 본 연구결과를 통해 미생물연료전지의 전기활성미생물이 폐수내의 질소를 충분히 제거할 수 있다는 것을 파악하였고 탈질미생물이 부착된 GAC를 이용함으로써 질소제거효율이 상승하는 것을 확인하였음. 질산성질소를 제거하기 위한 목적으로 환원반응조에 활성탄을 넣었을 때 활성탄을 많이 넣을수록 생성되는 전압이 높았으며 GAC 무게가 많은 수록 최대파워는 높았으며 mixing 속도를 높일수록 최대파워는 증가. 이 외에 여러 연구를 통하여 활성탄 전자전달 기작과 관련이 있음을 밝힘. 산화전극에서 활성탄이 전자를 모았다가 전자수용체로 전달이 가능함이 밝혀졌으나 본 연구는 환원전극에서 활성탄이 탈질미생물에 전자를 주고 환원전극에서 전자를 받는 전자전달이 처음으로 확인되어 논문을 작성하여 저널에 투고중에 있음.
축산분뇨 처리 후 생분해가 어려운 유기물질이 존재하고 있으므로 전기활성미생물을 이용한 처리방법과 결합하여 이용하면 축산분뇨의 처리가 가능할 것으로 가설을 설정하였으나 생분해가 어려운 유기물이 많은 ATAD 유출수를 MFC의 유입수로 넣은 결과 COD제거율은 24.6%로 저조한 제거율을 보임. ATAD 유출수를 Substrate로 이용한 MFC의 최대 전위차는 31mV로 Sodium Acetate만 이용한 경우와 섞었을 경우에 비하여 최대전위차인 486mV에 비해 현저히 낮았음. 여러 시도를 해보았지만 이를 통해 MFC를 활용한 생분해 어려운 유기물의 제거하는 것은 기술적으로나 경제성 측면에서 쉽지 않았음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 축산분뇨 처리 후 생분해가 어려운 유기물질이 존재하고 있으므로 전기활성미생물을 이용한 처리방법과 결합하여 이용하면 축산분뇨의 처리와 더불어 고품질의 액비를 확보할 수 있어 농가의 소득향상에 기여할 수 있을 것으로 판단됨
- 생분해 정도가 다른 여러 복잡한 유기물 함유 폐수를 처리할 때 기존 미생물 이외에 전기 활성미생물을 최대한 추가 활용하여 유기물 및 질소를 제거. 이를 통해 실질적인 최종전자 수용체가 없는 조건에서도 전극이 전자수용체로 작용하여 유기물, sulfide 등 제거 가능
- 본 기술은 최근에 활성탄이 전하를 저장할 수 있다는 연구결과를 토대로 새로운 개념의 처리 기술을 개발하는 기초자료를 제고한다는 측면에서 중요성을 가짐
- 이 기술은 환경·농업분야에서 축산분뇨, 하·폐수처리장, 산업폐수처리장 등에서 활용할 수 있을 것으로 판단되며 폭 넓은 산업에 적용을 할 수 있을 것으로 기대됨

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (1) 1차년도 ... 5
• (2) 2차년도 ... 6
• (3) 3차년도 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 자체점검표 ... 17
• 7. 참고문헌 ... 18
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 22
• 끝페이지 ... 31