• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권1호
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• pp.8-18
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• 2023

지속적인 인구의 증가와 경제의 발전으로 인한 전세계 에너지 수요의 증가는 화석연료의 이용을 끊임없이 증가시키고 있다. 그러나 화석연료에 대한 높은 의존도는 환경오염과 급격한 지구온난화라는 새로운 문제를 야기시켰다. 이의 해결을 위해 전통적인 연소에서 벗어나 열분해, 가스화와 같은 새로운 열화학적 전환 공정을 이용한 청정 에너지 생산이 빠르게 확산되고 있다. 특히 다양한 연료의 이용, 쉬운 연속조업, 높은 열 및 물질전달, 등온 조업, 낮은 조업 온도 등의 특성들을 가지는 유동층 공정은 열화학적 에너지 전환에 적합하기 때문에 널리 채택되어 이용되고 있다. 이에 본 총설에서는 열분해, 가스화, 연소에 적용된 최근의 유동층 공정 연구의 중요한 결과들을 정리하였다. 더불어 유동층 열화학적 공정에서 주로 연구되지 않은 층물질, 미세먼지 저감을 위한 물질(바이오매스, 천연 자원 폐기물 등)과 같은 연구의 필요성을 제시하였다. 이를 통해 유동층 기술에 대한 관심과 이해를 높이고, 유동층 공정 기술 개발의 미래 과제를 해결하기 위한 방향을 제시하고자 한다.

• 유기물자원화
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• 제16권2호
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• pp.57-65
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• 2008

일반적 중 저농도형 하수처리시설을 통해서는 처리가 힘든 고농도 유기성 폐수의 경우 재생에너지 생산이 가능한 혐기성 분해로 처리하는 것이 유리하다. 기존 호기성 처리에서 이미 그 실용성과 우수성이 입증된 E-PFR을 혐기성 처리에 적용하여 그 효용성과 재생에너지 생산 효율 증대 효과 등을 검증하고, 효율적인 재생에너지 생산을 위한 조건 등을 제시하기 위한 연구를 수행하였다. N 음식물쓰레기 처리시설에서 발생하는 탈리액을 대상으로 수행한 Pilot Plant 규모의 실험 연구에서 반응기의 구조적 특성으로 인해 혐기성 분해의 효율 향상 및 메탄가스 발생량이 증가함을 확인하였다. 이러한 처리 효율의 향상은 유체 이동관과 각단을 분리하는 격벽을 설치한 E-PFR의 구조적 특성에 기인한 원활한 혼합조건 형성과 스컴제어로 혐기성 처리에 있어서도 매우 이상적인 반응 조건을 형성시키기가 용이하였기 때문이다. E-PFR은 상향류식 폐수 유입과 각 단별로 분리된 다단형 처리로 인해 폐수 유입 구역에는 상대적으로 높은 MLSS가 유지될 수 있으므로 충격부하에 대한 내성이 강하고, 전체적으로 혐기성 최적 pH인 7.0~8.0 정도를 유지하여 상대적으로 높은 가스 발생량 및 메탄가스 함량을 유지하는 것이 가능하였다. 뿐만 아니라, 각 단별로 각기 다른 MLSS를 유지시키면서 SRT를 상대적으로 길게 유지함으로써 유기물 분해 및 가스 발생 효율을 증가시키는 효과가 있었다. 향후, 반응기의 구조적 개선과 발생가스를 이용한 교반 효과 개선 등을 통해 메탄가스 함량 70 % 수준의 안정적 혐기성 분해가 가능한 실증 플랜트 설계가 가능할 것으로 판단되며, 이를 통해 한층 향상된 재생에너지 획득 시스템 확보가 가능할 것이다.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권6호
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• pp.1086-1093
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• 2012

본 연구는 유기성 바이오매스의 혐기소화율 평가에 주로 이용되는 VDI4630법에 대하여 소화액에 녹아 있는 탄산이온 ($CO_3{^{2-}}$)과 혐기소화 미생물 반응에 참여하는 수분 ($H_2O$)이 유기물의 혐기적 분해율에 미치는 영향을 분석하였으며, 이를 위해 탄산이온과 수분반응물에 의한 유기물의 혐기적 분해율 산출 보정식을 개발 하고자하였다. 돼지 혈액, 돼지 내장잔재물, 돼지 장내잔재물, 소 반추위잔재물의 화학조성식은 각각 $C_{3.78}H_{8.39}O_{1.46}N_1S_{0.01}$, $C_{9.69}H_{15.42}O_{2.85}N_1S_{0.03}$, $C_{25.17}H_{43.32}O_{15.04}N_1$, $C_{27.23}H_{42.38}O_{15.93}N_1S_{0.11}$으로 나타났으며, 돼지 혈액, 돼지 내장 잔재물, 돼지 장내잔재물, 소 반추위잔재물에서 이론적으로 1 mol의 유기물이 분해되는데, 0.336, 0.485, 0.227, 0.266 mol의 수분이 참여하였다. 혐기적 유기물 분해율에서 이론적 메탄생산퍼텐셜 대비 실험적 메탄생산퍼텐셜 ($B_u/B_{th}$)의 비율로 산출한 유기물 분해율은 돼지 혈액, 돼지 내장 잔재물, 돼지 장내잔재물, 소 반추위잔재물에서 각각 82.3, 81.5, 70.8, 66.1%이었으며, VDI4630에 근거한 유기물 분해율 (AB)은 각각 72.2, 87.8, 74.2, 62.0%를 보여 이론적 메탄생산퍼텐셜 대비 실험적 메탄생산퍼텐셜 ($B_u/B_{th}$)의 비율로 산출하는 유기물 분해율과는 전체 시험구에서 통계적으로 유의성 있는 차이를 보였다. VDI4630법에 소화액 중의 알칼리도를 보정한 유기물 분해율 (AB-I)은 돼지 혈액, 돼지 내장 잔재물, 돼지 장내잔재물, 소 반추위잔재물에서 각각 72.4, 88.1, 74.5, 62.1%를 보였으며, 알칼리도와 수분 반응물을 동시에 보정한 유기물 분해율 (AB-II)에서는 각각 72.5, 88.5, 74.5, 62.3%를 보여 본 연구에서 시험한 각각의 시료에서의 유기물 분해율 AB, AB-I, AB-II 간의 평균은 통계적으로 유의성 있는 차이를 보이지 않았다. 그러나 알칼리도, 수분 반응물의 보정식은 유기물의 혐기적 분해율의 측정에서 좀 더 높은 정확도를 보일 수 있을 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제43권6호
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• pp.555-564
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• 2010

유류 및 중금속 오염 토양으로부터 분리한 토착 미생물인 Bacillus sp, B1 사균(dead biomass)과 polysulfone + DMF(N,N-dimethylformamide) 용액을 혼합하여 제조한 비드(지름 2mm 이하)형 미생물 담체를 이용하여 중급속 오염 지하수를 정화하는 배치실험을 실시하였으며, 담체에 흡착된 중금속의 특성과 구조를 분석하여 미생물 담체에 의한 중금속 제거 기작을 규명하였다. 담체 내 Bacillus sp. B1 사균 비율을 달리하여 제조한 담체들을 이용하여 오염수로부터 납 제거효율을 규명함으로써 미생물 담체 제조에 사용되는 최적의 사균 농도(%)를 결정하였으며, 오염수에 대하여 첨가하는 미생물 담체의 농도변화에 따른 중금속 제거효율을 규명하는 실험을 실시하여 최적의 중금속 제거효율을 가지는 오염수 내 담체 첨가량(농도; g/L)을 결정하였다. 담체 내 사균 농도가 0%(유기중합체로만 형성)와 1%인 경우 제조된 담체의 납 제거효율이 3% 미만으로 polysulfone + DMF 만으로 이루어진 담체는 중금속 제거효과가 거의 없으며, 담체 내 미생물 기질 부분에 의해 대부분의 중금속이 제거되는 것으로 나타났다. 실험 결과 미생물 담체 비용과 제거효율을 고려하면 사균 5%를 혼합하여 제조한 미생물 담체를 2g/50mL 농도로 오염수에 주입하는 것이 가장 효과적인 것으로 밝혀졌다. 담체와 오염수의 반응(흡착)시간에 따른 납과 구리의 제거 반응 실험 결과 두 시간 이내에 평형상태에 도달하여, 현장에서 다량의 중금속 오염 지하수를 짧은 시간(수 시간 이내)에 처리할 수 있을 것으로 판단되었다. 미생물 담체의 중금속 제거효율은 넓은 pH 범위에서 높게 나타났으며, 특히 pH 2-3인 경우 제거효율이 최대로 나타나 pH가 낮은 침출수, 산성폐수의 중금속 처리에도 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 오염수의 중금속(Pb, Cu, Cd) 초기 농도변화에 따른 미생물 담체의 제거율 실험 결과 납, 구리, 카드뮴의 경우 10mg/L 이하의 농도를 가지는 오염수에서 80% 이상의 제거 효율을 나타내어, 대부분의 국내 오염 지하수의 중금속 농도가 이보다 낮은 것을 감안할 때 본 실험에서 사용된 조건을 적용하여 미생물 담체를 이용하는 경우 다량의 중금속 오염 지하수를 효과적으로 제거할 수 있을 것으로 판단되었다. 미생물 담체를 이용한 납 제거 배치 실험 전/후 미생물 담체(bead)의 내/외부 구조를 SEM/EDS 및 TEM으로 분석한 결과 담체 내/외부 모두 다양한 크기의 다공질로 형성되어 있었으며, 외부 표면뿐 아니라 내부 면까지 납이 다량 흡착되어있는 것으로 나타나 본 실험에서 제조한 미생물 담체가 외부 표면 흡착에만 제한되었던 기존의 polysulfone 담체보다 중금속 제거 능력이 뛰어난 것으로 밝혀졌다. 미생물 담체에 형성된 납의 구조를 분석한 결과 담체의 주된 중금속 제거기작은 담체 내/외부 표면(특히 사균 기질과 polysulfone 물질 경계부)에 의한 다양한 형태의 흡착이었다.

• 기술혁신학회지
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• 제12권4호
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• pp.788-818
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• 2009

신 재생 에너지는 석탄, 석유, 원자력, 및 천연가스가 아닌 태양에너지, 바이오매스, 풍력, 소수력, 연료전지, 석탄액화 가스화, 해양에너지, 폐기물 에너지 및 기타로 구분되고 있고, 이 외도 지열, 수소, 석탄에 의한 물질을 혼합한 유동성 연료를 의미한다. 세계 선진국들은 신 재생에너지 기술개발의 중요성을 인식하고 기술개발 및 상용화를 위하여 중장기적인 개발계획을 수립하고 과감한 정책적 재정적 지원을 하고 있는 상황이다. 정부에서 지금까지 추진해 온 신 재생에너지 기술개발사업 유형 및 분야별 성과관리 확산, 사업화 추진이 소기의 목적을 제대로 달성하고 있다는 실증적 효과분석이 필요하다. 신재생에너지와 관련된 연구는 대체에너지 및 태양열, 태양광, 바이오매스 등 각각의 기술에 대한 개발 보급 현황과 특수한 지역에 대한 타당성 검토 등의 연구가 주를 이루었다. 관련연구의 검토 결과는 신재생에너지 중에서 재생에너지 혹은 전체 에너지 공급과 수급의 문제 나아가 특정 분야의 공급능력 향상을 위한 대책 등에 중점을 두고 있고, 신재생에너지 기술개발 확대에 따른 관련 사업의 능력 증대나 사업화 측면의 심층연구는 아직 부족한 실정이라고 판단된다. 미국과 영국의 다양한 신재생에너지 개발 및 보급 지원정책 등은 우리나라도 유사하게 추진하고 있으며, 일본이 태양광 분야에서 주도적인 입장을 취할 정도로 전진한 배경은 정부주도지원, 기업참여, 사회적 이슈화 등을 들 수 있다. 신재생에너지 기술개발 및 사업화의 계량적 거시경제적 효과분석은 신재생에너지를 중심으로 하는 '에너지원별 비용/편익분석 모형'을 활용하여 신재생에너지 기술개발에 의한 관련 산업 생산 증대, 부가가치 향상 효과 등을 예측하는 기법을 적용한다. 신재생에너지 기술개발 투자와 신재생에너지 생산량 및 발전량의 관계는 각각 정비례하고, R&D총투자에 의한 신재생에너지 생산량 승수에 비해 에너지 발전량 승수가 상대적으로 약간 높았다. 이는 최종 소비재인 에너지 발전량에 대한 기술개발 영향이 크다는 의미이다. 신재생에너지 생산량에 대한 R&D총투자는 정(+)의 영향을 미치고 있는데, 정부지원금은 정(+)의 영향이지만 민간투자액은 역(-)의 영향관계로 나타났다. 이는 신재생에너지 생산량에 대한 연구개발 효과가 민간투자 보다 정부지원금에 의해 주도되고 있음을 시사한다. 반면 신재생에너지 발전량에 대한 R&D총투자는 정(+)의 영향을 미치고 있는데, 정부지원금과 민간투자 모두 영향관계가 없는 것으로 나타났다. 이는 신재생에너지 분야의 발전량에 대한 연구개발 효과가 정부지원금과 민간투자 모두 영향을 미치고 있지 못하고 있음을 시사한다. 본 연구의 분석 결과의 시사점으로는 신재생에너지 기술개발 및 사업화 추진에 있어서 정부 지원정책도 중요하지만 민간의 투자와 적극적인 참여가 사업 성공의 관건이라는 점을 감안할 필요가 있다.