[이달의 연구자] 전병훈 교수(자원환경공학과) FOG를 활용해 신재생에너지 확보에 한 발짝 다가가다

SDGs-07

작성자

정민채

작성일

2019-11-10 19:33

조회

1499

하수처리 또는 정수과정에서 생긴 고체 침전물은 슬러지(Sludge)라고도 불린다. 과연 다른 용도가 있을까 의문이 드는 이 슬러지는 ‘바이오가스(Bio-gas)’라 불리는 신재생에너지로 재탄생 한다. 미생물이 고농도 유기물인 하수 슬러지를 분해하면서 메탄을 포함한 가스를 발생시키는 것이다. 그 때문에 미생물 활동을 활발하게 하는 것이 바이오 가스 생산 공정의 핵심. 전병훈 자원환경공학과 교수가 기름 및 지방 성분(fat, oil, grease, FOG)를 이용해 기존 공정보다 바이오가스 생산을 증진하는 방법을 포착했다.

FOG를 사용한 혐기병합소화(Anaerobic co-digestion) 공정에 주목

▲ 전병훈 자원환경공학과 교수가 기존 혐기소화(Anaerobic digestion) 공정에서 기름 및 지방 성분(fat, oil, grease, FOG)를 추가한 혐기병합소화 공정(Anaerobic co-digestion)을 활용해 바이오가스 생산을 증진하는 방법을 연구했다.

하수처리장으로 모인 고체 폐기물 슬러지는 혐기소화(Anaerobic digestion) 공정을 통해 그 양이 줄어든다. 혐기란 말 그대로 공기를 싫어한다는 뜻으로 밀폐된 공간에서 소화된다는 의미다. 혐기 조건에서 미생물 분해 작용을 통해 하수 슬러지의 양이 줄어듦과 동시에 메탄을 함유한 기체가 발생한다. 이 기체혼합물이 전기를 만드는 연료가 된다. 하지만 들이는 에너지에 비해 우리가 얻는 에너지양은 미비하다. 혐기소화 공정으로는 공정에 투입되는 에너지 중 20~40%밖에 회수하지 못 한다.

생산 효율을 높이는 방법은 없을까? 최근 기존 혐기소화 공정에 지방(Fat), 식용유(oil), 기름(grease)를 포함하고 있는 FOG를 투입해 미생물의 활동을 활발하게 하는 혐기병합소화 공정(Anaerobic co-digestion)이 주목 받고 있다. 혐기병합소화 공정은 높은 농도의 지질학적 폐기물인 FOG를 연소시킴으로써 에너지를 발생시킨다. FOG는 고밀도 탄소를 포함하고 있어 혐기소화 과정에 더해졌을 때 메탄의 양을 매우 증가시킬 수 있다. 분해하려는 슬러지 양의 10~30%에 해당하는 FOG만 넣어도 기존 혐기소화 공정보다 80% 높은 바이오 가스 생산이 가능하다. 그러나 완벽해 보이는 혐기병합소화 공정에도 단점은 존재했다.

▲ 하수처리장에서 슬러지가 모이면 미생물에 의해 분해된다. 이는 메탄을 만들어내는데, 메탄은 다시 용해되어 재생 가능하고 친환경적인 에너지인 에너지를 생성할 수 있다. 이 과정을 혐기성 소화라고 한다.

단점 극복 위해 FOG 샅샅이 분석하다

FOG에 함유된 긴사슬지방산(LCFA, Long chain fatty acids)이 공정을 억제해 슬러지 유동화, 세척 및 폐기물 형성을 방해한다. 전 교수는 이를 해결하기 위해 FOG의 특성부터 신속한 분해를 위한 여러 전처리 기법에 대해 분석했다. 실제 하수처리장 사례를 가지고 하수슬러지-FOG 병합 소화의 최적 반응 조건부터 하수처리장 공정도까지 조사했다. 전 교수는 “슬러지와 FOG의 공동 소자가 바이오 메탄 생산을 크게 증가시켰으며, FOG 로딩, 혼합 강도, 원자로 구성 및 운용 조건 등의 조건에 의해 바이오메탄 생산이 개선됐다”고 말했다.

대체할 수 없는 신재생에너지, 바이오가스

전 교수는 “화석연료의 지속적인 사용으로 지구 환경오염 문제가 심각하다”며 “그에 따라 신재생에너지의 중요성이 대두되고 있다”고 말했다. 또 “전기는 신재생에너지 하면 쉽게 떠오르는 태양열과 풍력 에너지로 확보할 수 있지만, 이들은 그 밖에 다른 용도로는 쓰기가 어렵다”며 “그 빈 자리를 바이오가스가 채울 수 있다”고 밝혔다. “화석연료 고갈로 신재생에너지만 쓸 수 있게 되면, 유일하게 수송 연료나 도시가스로 활용할 수 있는 바이오가스 연구는 그 가치는 더 올라갈 것입니다.”

▲ 전병훈 자원환경공학과 교수(아랫줄 왼 쪽에서 세번째)는 “화석연료 고갈로 신재생에너지만 쓸 수 있게 되면, 유일하게 수송 연료나 도시가스로 활용할 수 있는 바이오가스 연구의 중요성이 높아질 것”이라고 말했다.

글/ 김가은 기자 kate981212@hanyang.ac.kr
사진/ 강초현 기자 guschrkd@hanyang.ac.kr

기사 원문 : http://www.hanyang.ac.kr/surl/jbsr

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