생물전기화학적 혐기성 수소 발효를 이용한 음식물류 폐기물로부터 바이오수소 생산
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2016
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134-134(1쪽)
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수소는 에너지 수율이 높으며 산화 시 발생하는 부산물이 물로써 미래의 에너지로 주목받고 있다. 수소를 생산할 수 있는 생물학적 공정에는 직·간접 생광분해(direct-indirect biophotolysis), 미생물 전해 전지(microbial electrolysis cells), 광발효(photo fermentation) 그리고 혐기성 발효(anaerobic fermentation) 등이 있다. 혐기성 수소 발효는 다른 수소 생산 방법에 비해 수소 전환율이 낮은 단점을 가지고 있으나 발효 후 부산물로 활용성이 높은 휘발성 지방산(volatile fatty acids)을 생산하며 상대적으로 고농도의 유기물질을 이용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 혐기성 수소 발효의 낮은 수소 전환율과 휘발성 지방산을 활용하기 위해 후속공정으로 메탄발효(methane fermentation), 미생물 연료 전지(microbial fuel cells), 미생물 전해 전지 등이 고려되고 있다. 본 연구에서는 혐기성 수소 발효의 전환율을 향상시키기 위해 미생물 전해 전지와 혐기성 수소 발효를 결합하였으며 이에 따른 효율을 평가하였다. 반응조는 기존의 회분식 혐기성 수소 발효 장치에 환원전극와 산화전극을 설치하였다. 환원전극은 탄소나노튜브(carbon nano-tube)와 흑연을 혼합하여 제작하였으며 산화전극은 질산처리된 탄소나노튜브를 이용하였다. 전극이 설치된 반응조 내 음식물류 폐기물과 식종 미생물을 혼합하여 투입하였으며 혐기성 상태로 치환 후 0.8 V의 인가전압을 흘려보냈다. 전극을 장착하지 않은 반응조에서는 0.6 mol H<sub>2</sub>/mol hexose의 수소 전환율이 나타났으며 전극을 설치한 반응조에서는 2.5배 높은 수소 전환율이 나타났다. 전극을 설치한 반응조의 휘발성 지방산의 농도는 전극을 설치하지 않은 반응조에 비해 91.1% 낮게 나타났다.
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