Biological conversion of CO₂ to CH₄ in anaerobic fixed bed reactor under continuous operation

혐기성 고정층 생물반응기의 연속운전을 통한 이산화탄소의 메탄전환

This study was carried out to examine different mole ratio of $H_2/CO_2$ and EBCT using the continuous system in the lab scale throughout biological methods with accumulated hydrogenotrophic methanogen that can convert $CO_2$ to $CH_4$. The experimental-based results with various gas mixtures of mole ratio of 4:1($H_2/CO_2$) and 5:1($H_2/CO_2$), $H_2$ was converted more than 99% conversion rate. In case of $CO_2$, 4:1($H_2/CO_2$) and 5:1($H_2/CO_2$) were $74.45{\pm}0.33%$, $95.8{\pm}10.7%$, respectively, in addition, the study was confirmed that the amount of $H_2$ was more needed than stoichiometric equations, where approach methods are empirical versus theoretical frameworks, for converting total $CO_2$. As such, we have noticed that $H_2$ was used for energy source of hydrogenotrophic methanogen for maintaining life. Regarding the results of the ratio of treatment by retention time, limitation of treatment capacity showed that $H_2$(99.9%) and $CO_2$(96.23%) at EBCT 3.3 hrs indicated stable conversion ratio, as well as appeared that methane production rate and $CO_2$ fixation rate were investigated $1.15{\pm}0.02m^3{\cdot}m^{-3}{\cdot}day^{-1}$ and $2.01{\pm}0.04kg{\cdot}m^{-3}{\cdot}day^{-1}$, respectively.

생물학적방법으로 이산화탄소를 에너지원인 메탄으로 전환하고자 hydrogenotrophic methanogen이 우점화된 실험실규모의 연속운전 반응기를 이용하여 수소의 주입비율과 EBCT에 따른 실험을 진행하였다. 수소와 이산화탄소의 주입비율을 4:1과 5:1(mol/mol)로 달리한 실험결과 두 조건 모두 주입된 수소가 대부분 소모되며 99% 이상의 전환율을 보였다. 이산화탄소의 경우 4:1에서는 $74.45{\pm}0.33$%, 5:1에서는 $95.8{\pm}10.7%$의 전환율로 이산화탄소를 모두 전환시키기 위해서는 양론식에 비해 더 많은 양의 수소가 필요한 것으로 확인되었다. 이는 hydrogenotrophic methanogen의 생장유지에 필요한 에너지원인 수소가 사용된 것에 기인한 것으로 사료된다. 체류시간별로 처리효율을 확인한 결과, 임계처리용량은 EBCT 3.3시간에서 수소(99.9%)와 이산화탄소(96.23%)의 안정적인 전환율을 보이며 $1.15{\pm}0.02m^3{\cdot}m^{-3}{\cdot}day^{-1}$의 메탄생산속도와 $2.01{\pm}0.04kg{\cdot}m^{-3}{\cdot}day^{-1}$의 이산화탄소 고정화속도를 나타내었다.