초록 ▼

□ 연구개요
▶ 선행연구에서 전도성 물질을 이용한 종간직접전자전달(DIET) 촉진 및 바이오가스화 효율 향상 효과를 실험실 규모의 연속완전교반 반응기 환경에서 확인하였다. 연속완전교반의 특성상 DIET 촉진을 위하여 전도성 물질을 지속적으로 투입해야 하는 한계점이 존재한다. 최근, 대표적인 전도성 물질인 마그네타이트의 페리자성을 활용하여 마그네타이트를 자력으로 회수하고 소화조 내 재투입하는 방안이 제시되었으나 마그네타이트 회수/재투입을 위한 추가 설비가 필요하다는 한계점이 있다.
▶ 본 연구에서는 상향류식 혐기성 슬러지상

□ 연구개요
▶ 선행연구에서 전도성 물질을 이용한 종간직접전자전달(DIET) 촉진 및 바이오가스화 효율 향상 효과를 실험실 규모의 연속완전교반 반응기 환경에서 확인하였다. 연속완전교반의 특성상 DIET 촉진을 위하여 전도성 물질을 지속적으로 투입해야 하는 한계점이 존재한다. 최근, 대표적인 전도성 물질인 마그네타이트의 페리자성을 활용하여 마그네타이트를 자력으로 회수하고 소화조 내 재투입하는 방안이 제시되었으나 마그네타이트 회수/재투입을 위한 추가 설비가 필요하다는 한계점이 있다.
▶ 본 연구에서는 상향류식 혐기성 슬러지상(UASB) 반응기를 이용하여 마그네타이트를 입상슬러지 내 함입시키고 전도성 물질 추가 투입을 최소화한 바이오가스화 효율 및 안정성 향상을 확인하였다.
▶ 입상슬러지, 부유슬러지를 접종원으로 활용하여 전도성 입상슬러지 형성/발달 과정을 다양한 물리화학적, 미생물/분자생물학적 분석법을 활용하여 규명하고, 전도성 입상슬러지 활용 바이오가스화 공정의 효율 및 안정성 향상 메커니즘을 파악하고자 하였다.
▶ 생분해가 쉬운 탄수화물/당류 함량이 높은 유가공 폐수(whey)를 처리하는 과정에서 확인된 슬러지 불안정화 및 부상(flotation) 문제를 해결하고자 전산화-UASB 연계 공정을 구축하여 바이오가스화 효율 및 장기운전 안정성 향상을 평가하였다. 이후 고부하 조건에서 외부 전압 인가를 통한 바이오가스 고질화 테스트를 진행하였다.
▶ 실험실 규모 공정 데이터를 바탕으로 전도성 입상슬러지 기반 공정 scale-up을 위한 인자를 도출하고 파일럿 반응조를 제작하여 장기(>6개월) 테스트를 진행하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
▶ 본 연구를 통하여 입상슬러지 내 전도성 마그네타이트 함입을 통한 전도성 입상슬러지 형성, 전기 영양 공생(electric syntrophy) 촉진 및 이를 활용한 고율 혐기소화 기술 개발이라는 기존 목표를 달성하였다.
▶ 하지만, 연구 개발 기간 내 슬러지 불안정화 및 부상 문제가 지속적으로 발생하였다. 이를 해결하기 위하여 UASB 반응기 상단에 자력 혹은 멤브레인 도입을 통하여 슬러지 유실을 물리적으로 방지하고자 하였으나, 기질 특성에서 기인한 문제로 판단하여 당류의 전산화 과정을 포함하는 2단 공정을 적용하여 슬러지 불안정화 및 부상문제를 해소하였다.
▶ 외부전압 인가를 통한 바이오가스 내 이산화탄소의 메탄 전환 촉진 효과를 기대하였으나 유기물 고부하 조건에서 오히려 공정 효율을 떨어뜨리는 결과를 확인하였다.
▶ 전도성 입상슬러지 기반 공정 scale-up 가능성 평가를 위하여 전산화-UASB 메탄화 연계 2단 공정을 적용한 연속식 소형 파일럿 테스트(총 반응부피 100L)를 수행하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
▶ 유기성 폐자원의 바이오가스화 수요의 지속적인 증가가 예측되는 가운데, 기술개발 및 실증화의 성공적인 이행을 통하여 바이오가스 생산 증대를 위한 핵심 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
▶ 기존 및 신규 바이오가스화 시설에 개발 기술을 적용하여 바이오가스화 시설의 에너지 효율을 증대시키고 경제성을 향상시킬 수 있다. 이를 통하여 관련 기술개발을 촉진하여 환경·에너지 분야 산업 성장에 기여할 수 있다.
▶ 제안 기술의 실증화를 통한 고효율·고안정성 바이오가스화 특허 등록을 통하여 바이오가스 국내 시장의 적용을 장려하고 국외 시장 진출에 활용할 수 있다.

(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
• 1) 주요 연구 변경사항 ... 4
• 2) 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 18
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 18
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• 3) 목표 달성 수준 ... 18
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 19
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 19
• 6. 자체점검표 ... 20
• 7. 참고문헌 ... 20
• 끝페이지 ... 40