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생물학적 수소 생산 공정의 발전

전문가 제언: ○ 본문은 바이오매스에서 미생물에 의한 수소 생산에 대한 자세한 설명이다. 조류를 이용한 유기질 기질의 바이오-광분해, 광합성 박테리아에 의한 광분해와 암발효로 나누고 이들을 조합한 복합시스템을 다루었다.

○ 조류는 광합성으로 물을 수소 이온(H+)과 산소로 분리하는데 이 수소 이온은 수소화 효소에 의해 H2로 전환된다. 수소화-균은 산소가 활성을 억제함으로 혐기성 조건이어야 한다. 이 공정은 두 단계를 거친다. 먼저 호기성에서 조류가 광합성으로 성장한다. 둘째는 혐기성 조건에서 조류에서 황을 박탈하여 수소의 생산을 촉진한다. Melis와 Happe(2001)는 이 방법으로 녹색조류의 최대 이론적 H2 생산은 80kg/에이커/일이라 밝혔다. (Bioresource Technology, 99, 2008, pp.7941~7953)

○ 그러나 광-발효 시스템에서 생산성은 조사(照射)조건에 연관된다. 따라서 광분해는 광의 적절한 분배가 가장 큰 문제가 되고 있다. 즉 유기질 기질은 광과 접촉하는 표면에서만 수소 생성 반응이 가능한데 이 면적은 전체 부피에 비하여 비교적 제한된다. 따라서 관-다발 등을 사용하여 표면적을 증가시키고 광을 적절히 공급해야 한다. 광-섬유(optic fiber)를 이용하는 광 공급 방법을 고려할 필요가 있다고 생각한다.

○ 암 발효는 CH4 형성으로 H2를 소모하는 메탄 생성-균을 억제한다. 이 메탄 억제 방법에는 (1) 열처리로 수소-생성 박테리아의 선정, (2) 메탄 생성-균 범위(6.3 이하 또는 7.8 이상) 밖으로 pH 변경, (3) 슬러지의 강제 폭기(aeration)와 (4) 2-브롬화에탄술폰산염(BES), 아세틸렌 또는 클로로포름 같은 화학 약품 첨가 등이 있다. 가축 폐액의 암모니아가 수소 생산 미생물의 발효를 억제한다. 따라서 발효 전에 암모니아 농도를 감소시키기 위한 가축 폐기물의 전-처리가 필요하다. (Bioresource Technology, 99, 2008, pp.7941~7953)

○ 이 기술은 바이오매스 또는 폐기물이 있는 수소 소비 현지에서 소규모의 비-집중 에너지 생산에 적절하다. 따라서 에너지와 수송비용을 줄일 수 있다. 아울러 현대 도시에서 문제가 되고 있는 폐기물과 폐수의 처리에도 크게 도움이 되는 이중효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

저자: Dasa, D., Veziroglu, T. N.
자료유형: 학술정보