사업성과

제주지역 잉여생물자원의 열분해를 통한 바이오차 생산과 혐기성 소화조 첨가제 개발(1차년도)

구분 : 기술개발 연구책임자 : 고재학 소속 : 제주대학교
연구기간 : 2021.04. ~ 11. 연구비 : 40,000,000 연구년도 : 2021년

 

. 연구목적

제주에서 대량 발생하여 처리가 어려운 유기성 폐자원을 이용하여, 다양한 기능의 바이오차를 생산하고, 생산된 바이오차를 혐기성 소화에 필요한 미량원소(Ni, Co, Cu, 혹은 Zn)를 흡착시킨 후, 혐기성 소화조에 첨가하여 혐기성 소화의 성능을 향상할 수 있는 미량원소 함유한 바이오차 첨가제를 개발하기 위함.

. 연구내용 및 결과

연구내용

- 바이오차의 원료로 사용될 수 있는 잉여생물자원의 특성 조사 및 시료 채취

- 감귤피 잔여물을 원료로 튜브형 진공 전기로에서 열분해기를 300~750oC 최종온도 범위에서 바이오차를 생산하여 바이오차의 물리·화학적 특성을 비표면적분석기, 원소분석기, 장방출주사현미경, 푸리에 변환 적외선 분광기를, X선형광분석기를 이용한 특성 분석을 수행

- 이오차 물리·화학적 특성에 따른 분류 하고 필요에 따라서 바이오차를 혼합 및 크기(분쇄)를 통하여 바이오차 첨가제의 성분 및 기능을 개선

- 바이오차의 미량원소 흡·탈착 특성 분석을 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 아연(Zn) 등을 선택하여 양이온 흡착 능력을 시행하고 등온흡착 특성을 조사하고 미량원소가 없는 용액에서 미량원소를 흡착한 바이오차를 첨가하여 미량원소 탈착 특성 조사

- 바이오차 미량원소의 흡·탈착 특성을 pH 35의 조건에서 실험

- 바이오차의 흡·탈착 특성에 따라서 적정 흡착량과 흡착 방법을 결정하고, 혐기성 소화조에서 용출될 수 있는 미량원소의 양을 예측

연구결과

- 감귤피와 구멍갈파래 만든 바이오차는 열분해 온도가 증가함에 따라 pH는 증가하고 감열감량은 감소하고 회분량은 증가하는 경향을 보였으며 감귤피 바이오차 보다 구멍갈파래 바이오차가 큰 변화를 나타났고 바이오차의 BET 비표면적과 공극 부피도 마찬가지로 열분해 온도가 높은 조건에서 제조된 바이오차에서 증가하는 것으로 나타남

- 감귤피 바이오차와 구멍갈파래 바이오차의 원소분석(C, H, O, N, S) 결과 열분해 최종온도에 따라서 C의 함량은 증가하였고, OH의 함량은 감소하여 H/CO/C가 감소하여 탄화 정도가 높아지고 친수성은 낮아지는 것으로 확인

- 감귤피 바이오차와 구멍갈파래 바이오차의 원소분석(C, H, O, N, S) 결과 열분해 최종온도에 따라서 C의 함량은 증가하였고, OH의 함량은 감소하여 H/CO/C가 감소하여 탄화 정도가 높아지고 친수성은 낮아지는 것으로 확인

- FreundlichLangmuir 등온흡착식을 감귤피와 구멍갈파래 바이오차 흡착 결과에 적용한 결과 Freundlich 흡착등온식에 더 유의성이 높게 나타났고 구멍갈파래보다 감귤피의 Freundlich 등온흡착식에 유의성이 높게 나타남

- 연속추출법에 의한 바이오차에 흡착된 Co, Ni, Cu, Zn의 탈착은 바이오차 제조의 열분해 온도에 따라 단계별 탈착율 다르게 나타났고, 350oC의 바이오차와 달리 550770oC에서 제조된 바이오차의 탈착은 주로 단계 1에서 이루어져 370oC생산 바이오차보다 미생물에 미량원소 공급에 더 용이할 것으로 나타남

- pH 5에서 중금속을 흡착한 감귤피750에 중금속 별 탈착이 용이성은 Ni > Zn = Cu > Co 순으로 나타남

. 기대성과 및 연구결과 활용계획

잉여생물자원을 이용하는 방안 중 하나로 바이오차를 생산하는 방안이 기대됨

잉여생물자원의 순환 자원화에 기여하고 혐기성 소화조의 성능 향상에 이바지할 것으로 기대됨

국내외 저명 학술대회 발표 및 저명학술지에 게재

 

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