지구 온난화 현상은 화석연료의 사용으로 발생하고 있으며 그에 따른 심각성은 더욱 커지고 있다. 따라서 온난화 현상을 일으키는 온실가스의 감축에 큰 관심이 모이고 있다. 바이오가스의 형태로 배출되는 메탄과 이산화탄소를 분리 정제하여 온실가스를 감축 하여 신재생 에너지로 사용하기 위한 노력이 진행되고 있다. 본 연구에서는 혐기성 소화조에서 발생되는 바이오가스 내 포함된 메탄의 농도를 95%이상으로 분리 농축하기 위한 연구를 진행하였다. 혐기성 소화조에서 발생되는 바이오 가스를 처리하기 위한 다단 분리막 공정을 설계하였고 막 면적 및 막 면적 비율에 따른 성능을 알아보았다.

혐기성 소화시설에서 생산되는 바이오가스는 공정에 따라 조성비는 다르나 메탄과 이산화탄소가 거의 대부분을 차지하며 H2S등의 미량의기체가 혼합되어있다. 따라서 바이오가스를 재이용하기 위해서는 메탄가스를 제외한 다른 물질의 처리가 필요하며, 일반적으로 흡착법, 흡수법, 심냉법, 막분리법이 공정에 적용되고 있다. 그 중 막분리 공정은 scale up이 쉽고 상변화없이 기체를 분리할 수 있어 최근 활발한 연구와 실용화가 이루이지고 있다. 본 연구에서는 최근 바이오가스분야에서 주목받고 있는 멤브레인 공정을 이용하여 바이오가스를 고질화하고 불순물로 간주되던 이산화탄소를 고순도로 분리하여 재이용 하고자 하였다. 랩스케일로 제작된 중공사멤브레인 모듈을 사용하고, 압력, 온도, 유량을 조절하여 실험하였다. 투입가스로는 일반적인 바이오가스의 조성인 메탄:이산화탄소 6:4 조성비로 혼합 제조된 47 L 가스봄베를 이용하여 가스를 투입하였으며, 멤브레인 모듈을 2단, 3단으로 구성하여 각각의 조건에서 농도 95%이상의 이산화탄소와 99%이상의 메탄회수율에 도달하는 운전 조건을 찾았다. 실험결과 목표치에 도달하는 stage cut 값은 2단 모듈에서 total stage cut 0.14, 3단 모듈에서는 total stage cut 0.26일 때 각각 96.0%, 98.6%의 이산화탄소 농도와 99.1%, 99.6%의 메탄 회수율을 달성하였다.