| 초록 |
□ 연구개요 본 연구는 고농도 미세조류를 배양하고 동시에 단일공정으로부터 고수율의 지질을 회수할 수 있는 SMPBR (Sequential Membrane Photo-bioreactor)-SPS (Switchable Polarity Solvent) 통합공정의 개발 및 적용을 통해 유입수 질소의 90% 이상 제거 효율을 달성하고, 회수된 미세조류로부터 90% 이상의 지질을 회수하는 것을 목표로한다. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구의 목표를 달성하기 위하여, 1차년도에서는 미세조류의 지질함량, 성장 특성을 바탕으로 공정 적용에 적합한 종(Species)으로 국내에서 주로 발생하는 녹조류 중 지질함량 11~28%를 함유한 Chlorella Vulgaris 종을 선정하였다. 또한, SMPBR 공정에서 지질 회수가 가능한 극성 전환 용매 후보 선정을 위하여 1차, 2차 아민류의 반응 특성을 조사하였으며, SMPBR 반응조 설계를 위한 분리막(PVDF) 특성 조사를 수행하였다. 2차년도에서는 기선정된 C. Vulgaris 종의 성장 특성을 조사하고, SMPBR 공정 적용을 위한 최적 운전 조건을 선정하였으며, 실험실 규모의 SMPBR 반응조를 설계 및 제작하여 미세조류의 배양을 통해 유입수 질소의 90% 이상의 제거를 달성하였다. 또한, 극성 전환 용매인 Dipropylamine을 적용하여 미세조류 최적 지질 회수를 위한 반응 특성 연구를 수행하였으며, 이를 통해 연구 목표인 90% 이상의 지질 회수효율을 달성하였다. 3차년도에서는 SMPBR 공정의 장기 운전을 통한 공정 운전 안정성을 평가하고 극성 전환 용매의 재이용을 위한 Decarbonization 반응 특성 연구를 수행하였다. 또한 실험실 규모 SMPBR 통합공정의 물질수지를 산정하여, 스케일업을 위한 기초 자료를 완성하였으며, 이를 토대로 공정의 경제성 평가 및 탄소저감 효과를 도출하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구에서 제안하는 기술의 개발을 통해 하수2차처리수 등 다량의 질소를 포함하고 있는 하폐수의 친환경적 처리 기술로서 공공 혹은 개별 하수처리시설에서 활용이 가능하며 특히, 단일공정에서의 미세조류 배양 및 지질 회수를 통해 기존 하수처리 시설 및 바이오디젤 생산 시설에서 빠르고 손쉽게 폐바이오매스를 처리하고, 바이오 원료를 생산할 수 있는 공정으로써 활용이 가능할 것으로 기대된다. 본 연구에서 개발된 SMPBR-SPS 통합공정은 비교적 설비가 간단하고, 높은 에너지 소모가 없이도 특정 미세조류 종의 배양 및 지질 회수가 가능하다. 특히, 미세조류 배양과정에서 배출되는 CO<sub>2</sub> 가스뿐만 아니라 바이오가스 발전 등에서 발생되는 CO<sub>2</sub> 가스를 연계하여 지질추출 공정에 활용하여 온실가스 발생 저감을 가능하게 하는 공정으로 미세조류의 에너지화 관련 분야에서 새로운 공정 기술의 패러다임을 기대할 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
