1. 연구목적 및 목표

∘ 본 연구는 제주에서 대량 발생하여 처리가 어려운 유기성 폐자원을 이용하여, 다양한 열분해 조건에서 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 첨가제의 개발을 목표로 함

 

2. 연구 내용 및 결과

[연구내용]

구 분	연구개발 목표	연구개발 내용
1차년도	바이오차의 원료로 사용될 수 있는 생물 폐자원의 특성 조사	계절적 발생 특성에 따른 시료의 채취 계획을 수립하고 그에 따라 시료를 채취
	채취된 시료에 대하여 열분해 조건 변화에 따른 바이오차의 특성 분석	열분해 온도 및 가열속도, 최종온도 등에 따라 바이오차를 생산하고, 생산된 바이오차의 물리·화학적 특성을 분석
	바이오차 특성에 따른 분류와 품질개선	바이오차의 물리·화학적 특성에 따라 구분을 하고 특성별 그룹화
	바이오차를 혐기성 미생물에 필요한 미량원소 운반체로 사용하기 위한 흡착 특성 분석	미량원소의 바이오차 흡·탈착 실험 및 분석 혐기성 미생물에 요구되는 적정 미량원소량을 pH에 별 흡·탈착 시험을 통하여 평가
2차년도	혐기성 소화조의 성능 향상을 위한 미량원소 함유 바이오차 첨가제의 개발	단일 혹은 혼합 미량원소를 함유한 바이오차의 혐기성 소화 첨가에 따른 메탄 발생량을 측정 다양한 첨가제의 양을 시험하여 따른 첨가제의 최적량을 결정
	첨가제에 의한 미생물종 변화 분석하여 첨가제 효과의 주요 기전을 밝힘	혐기성 소화에서 미생물종의 변화 측정
	원료에 따른 혐기성 처리 효율 비교평가	혐기성 소화조에서 투입되는 원료 단순 기질, 음식쓰레기 등에 따른 첨가제의 효율 평가

 

[연구결과]

∘ 바이오차의 수율은 일정 온도 이상의 최종온도가 증가하면 바이오차 수율이 감소하는 것으로 확인되었으며 감귤피750의 수율은 19.6%, 구멍갈파래750은 24.6%로 나타남

∘ 단위 중량당 중금속의 흡착 능력은 구멍갈파래 바이오차가 감귤피 바이오차보다 대체적으로 2~3배가량 큼이 확인되었고, 중금속별로는 구멍갈파래바이오차 흡착량이 Zn과 Cu에서 Co와 Ni보다 높게 나타남

∘ 연속추출법에 따른 바이오차에 흡착된 Co, Ni, Cu, Zn의 탈착은 바이오차 제조의 열분해 온도에 따라 단계별 탈착율 다르게 나타났고, 350℃의 바이오차와 비교하여 550과 770℃에서 제조된 바이오차의 탈착은 주로 생물이용성이 높은 단계에서 발생하여 미생물에 미량원소 공급에 더 효과적일 것으로 판단됨

∘ 다른 용량의 550℃ 제조된 구멍갈파래 바이오차를 혐기성 반응기(접종원:기질 비율=1:1)에 투여한 실험 결과 0.4g과 0.6g를 투여하였을 때 혐기성 소화에 부정적인 영향이 없는 것으로 관측되어 550℃ 구멍갈파래 바이오차 0.4g을 적정 투여량으로 결정함

∘ 접종원:기질(글루코오스) 비가 1:1과 1:2의 조건에서는 바이오차의 첨가에 따른 누적메탄발생율에 대한 영향이 크지 않은 것으로 나타났으나 기질을 셀룰로오스(접종원:기질비=1:2)이었을 때 최대메탄발생속도를 증가시키는 것으로 나타남

∘ 셀룰로우스(접종원:기질비=1:2)를 기질로 사용한 혐기성 반응기 실험에서 Ni와 Co를 흡착한 바이오차가 최대메탄발생율을 25~33% 증가시키는 것으로 나타남(그림 1)

∘ 접종원:기질 비가 매우 열악한 조건(접종원:기질비=1:10)에서는 모든 조건에서 메탄발생지체기가 관측되었으나 대조군에 비하여 특히, Co흡착 바이오차, Ni 흡착 바이오차, Co와 Ni 흡착 바이오차를 혼합 투여한 경우 지체기 감소가 뚜렷하게 관측됨