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[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 기하급수적으로 늘어나고 있는 가축분뇨, 음식물쓰레기를 에너지연료인 바이오가스로 전환하는 기술 개발에 성공했다.

한국에너지기술연구원 청정연료연구실 김선형 박사 연구진은 에코바이오홀딩스와 함께 고농도의 황화수소를 포함한 바이오가스를 고순도 메탄으로 변환하는 기술을 개발했다. 또한 파일럿 규모의 현장 실증에도 성공해 실용화 가능성을 높였다.

바이오가스란 하수찌꺼기, 분뇨, 가축분뇨, 음식물류 폐기물, 동·식물성 잔재물 등의 유기성 폐자원이 공기가 없는 상태에서 미생물에 의해 분해되면서 생성되는 가스를 말한다.

바이오가스는 주로 메탄(45~65%), 이산화탄소(35~55%). 황화수소로 구성, 이 중 황화수소를 제거하면 발전과 난방에 활용할 수 있다. 여기에 이산화탄소까지 제거하면 천연가스와 유사한 고순도의 메탄가스를 만들 수 있어 도시가스와 수송 부문에도 사용할 수 있다.

연구진이 개발한 기술은 바이오가스에서 황화수소, 이산화탄소, 수분을 제거해 97% 이상의 고순도 바이오메탄을 생산하는 기술로, 수천 ppm의 고농도 황화수소가 포함된 바이오가스를 저비용으로 제거할 수 있어 동남아시아 바이오가스 산업에 최적화 된 기술이다.

바이오가스 고질화 공정은 악취와 부식을 유발하는 황화수소를 미생물 공법을 통해 바이오황으로 전환하는 전처리 공정, 이산화탄소와 수분을 물 흡수법으로 제거해 바이오메탄을 생산하는 고질화 공정으로 구성된다.

전처리 공정에서는 알칼리 용액을 사용해 고농도의 황화수소를 제거하고, 미생물의 산화반응을 통해 용액을 재생시켜 경제적 운영이 가능하다. 특히 동남아시아의 바이오가스 성질과 유사한 4000ppm 이상의 고농도 황화수소가 포함된 바이오가스로부터 황화수소가 거의 검출되지 않을 정도로 우수한 성능을 보였으며, 부가적으로 비료로 활용 가능한 바이오황도 생산된다.

고질화 공정에서는 설비를 여러 등분으로 나눠 패키지화해 이동과 설치가 용이하고 해외 운반이 가능하게 설계됐으며, 공정에서는 친환경적이고 안전한 물을 고압으로 접촉해 이산화탄소를 제거하고, 흡착기술로 수분을 제거해 고순도의 바이오메탄이 만들어진다.

정읍정애영농조합법인 바이오가스 고질화 설비. 한국에너지기술연구원은 하루 평균 3톤의 바이오가스를 처리하는 실증 과정을 진행했다.[한국에너지기술연구원 제공]

연구진은 정읍정애영농조합법인의 바이오가스화 시설에 파일럿 시설을 설치해 하루 평균 3톤의 바이오가스를 처리하는 실증 과정을 진행했다. 그 결과 고농도의 황화수소를 포함하는 바이오가스에 적용 시 97% 이상의 고순도 메탄을 안정적으로 생산하는데 성공했다.

김선형 박사는 “바이오가스의 생산량과 성상은 원료·운전조건에 따라 크게 변동되는데, 개발 기술은 넓은 농도 범위의 황화수소, 이산화탄소를 처리할 수 있어 다양한 바이오가스화 시설에 적용 가능하고 안정적으로 고순도의 메탄을 생산할 수 있다”고 밝혔다.

연구진이 실증한 바이오가스는 동남아시아의 팜유잔사물로부터 생성되는 바이오가스의 성질과 유사하다. 개발기술은 운전, 유지관리, 운반, 설치가 간단해 인프라가 부족한 동남아시아의 팜오일 산업 현장에 최적화되어 있다. 연구진은 이번 국내에서의 실증 실적을 발판으로 해외 팜오일 산업 분야 진출을 시도하고 있으며, 향후 기술을 상용화해 해외기술 수출과 함께 국가탄소배출권 확보에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.