막 분리 운전방식에 따른 음폐수 소화가스의 도시가스용 바이오메탄 생산연구를 상업용 시설을 대상으로 수행하였다. 연구결과 바이오메탄의 순도는 4SBR과 3SDR 모두 98.9%를 달성할 수 있었다. 소화가스 내 메탄 회수율은 4SBR 88.1%, 3SDR 79.4%이었고, 처리 소화가스량 대비 바이오메탄 생산율도 4SBR이 53.5%로 3SDR의 49.4%보다 높았다. 그러나 막 분리시설에 공급되는 가스 중 반송 가스의 비율은 4SBR이 56.5%로 3SDR 보다 두 배가량 컸으며, 이로 인해 최대 처리량에 있어서는 3SDR이 양호한 결과를 보였다. 따라서 소화가스 200 Nm3/day 이하는 4SBR, 240 Nm3/day 이상에서는 3SDR이 경제성이 좋은 것으로 판단되었다. 공정 운전변수들의 평균값 대비 운전 값들의 상대편차는 전반적으로 4SBR이 컸으며, 또한 주 운전조절 수단인 바이오메탄 인출압력 대비 주요 지표들의 상관관계에 있어서는 3SDR가 보다 직접적인 관계를 보여주었다.

Emission reduction of CH4 (methane gas) from rice paddy soil is a very important measure for climate change mitigation in agricultural sector. In this study, we investigated the changes in crop yield and CH4 emissions in response to application of biochar and fertilizers. The experimental site is located in Hwasung, Kyunggido and experimental design is the split-plot method with three replicates. Treatments included rice straw (RS) and biochar (BC) amendments nested with the conventional NPK fertilizer (NPK) and slow release fertilizer (SRF). Control was also prepared with the soil with the conventional NPK fertilization with no amendment. Measurement of CH4 emission was conducted during the growing season of 2014 using a dynamic chamber method. The results showed that application of rice straw increased daily CH4 emission rate by 15%, while application of biochar reduced daily CH4 emission rate by 38%. When we combined biochar application with slow release fertilizer, CH4 emission was reduced by 45%. Further, the crop yield was also increased in all treatments compared with the control except for the treatment of rice straw application with slow release fertilizer. Overall results imply that biochar amendment to agricultural soil can be an effective strategy to decrease annual CH4 emission with no reduction in crop yield.

최근 화석연료의 부족으로 인해 전 세계적으로 신재생에너지(Renewable Enerygy) 확보에 총력을 기울이고 있으며 특히 풍력, 태양열, 태양광 및 바이오에너지(Bioenergy) 분야에서의 기술개발이 활발히 이루어져 신재생에너지의 공급비중이 증대되고 있는 추세이다. 특히 이러한 신재생에너지 중 혐기성소화에 의해 생산되는 바이오가스(Biogas)는 사료용 옥수수(Sorghum)와 같은 생분해성 유기물(Biodegradable Volatile Solids) 함량이 높은 에너지작물(Energy Crops)과 음식물류 페기물, 음폐수, 가축분뇨와 같은 유기성 폐자원과의 통합 혐기성소화(Anaerobic Co-digestion)를 통해 대규모 바이오가스 플랜트로 건설 및 운영되고 있다. 그러나 생산된 바이오가스는 대략 55 ~ 65%의 CH4와 35 ~ 45%의 CO2 그리고 1% 미만의 Trace Gas를 함유하고 있기 때문에 직접 수용용이나 가정용 연료로 사용할 수 있는 양질의 메탄(>95%)은 아니다. 따라서 바이오가스로부터 CO2 및 Trace Gas를 분리하는 고질화 과정(Biogas Upgrading)을 통해 생산된 바이오메탄(Biomethane)을 가정용 LNG공급망에 직접 주입하거나 수송용 연료로 저장･활용하는 시스템이 확대･보급되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 대량의 고순도메탄 생산을 위해 2상 혐기성소화와 CO2 탈기탑 사이의 Leachate 순환을 통해 CO2 흡수와 탈기를 반복하여 고순도메탄(>95%)을 회수하는 혐기성소화조로부터 직접 고질화 달성이 가능한 시스템을 개발하는데 연구목적을 두고 있다. Sorghum을 주입시료로 하고 기존의 단일 혐기성소화 반응조 대신 상분리 기술을 고순도메탄 회수 System에 도입하여 바이오메탄 대량생산을 시도한 결과, 유기물부하율(Organic Loading Rate, OLR)을 5kg VS/m³-d로 증가하였을 때 고온 메탄 생성조(Phase II)에서의 CH4 함량은 95.4%이었으며, 이 함량을 달성하기 위한 Leachate Recycle Ratio는 6.9L/L CO2, g Alkalinity/L CO2 생산비(Alkalinity/CO2 Ratio, ACR)은 42.8g Alk/L CO2이었다. CH4 생산량은 1.60v/v-d(Biogas Volume/Reactor Volume-day), TVS 제거효율은 70.4%로써 아주 우수한 결과를 보였다. 또한 OLR 10kg VS/m³-d로 증가하였을 때 고온 In-Situ Methane Enrichment System의 Leachate Recycle Ratio 8.7L/L CO2, ACR 65.1g Alk/L CO2 조건에서 Phase II의 CH4 함량은 95.2%이었으며, CH4이 2.44v/v-d가 생성되었고, TVS 제거효율은 58.8% 이었다. 그러나 OLR 15kg VS/m³-d일 때 CH4 함량은 90.8%로써 한국의 바이오메탄 규격에는 미치지 못하였으며, CH4 생산량도 2.09v/v-d로 낮고 TVS 제거효율도 35.9%에 불과하여 반응조 효율과 경제성 측면에서 만족할만한 결과를 얻지 못하였다.