BIOMAN – 바이오매스 소화를 위한 초음파
- 바이오가스로 생산한 에너지는 가장 중요한 재생 가능 자원 중 하나이며, 책임 있는 경작지 이용과 안전한 식품 및 사료 생산에 부합하는 기질과 폐기물의 공급을 전제로 합니다.
- BIOMAN은 바이오가스 플랜트를 위한 여러 물리적·효소적 전처리 전략과 기술을 연구하는 EU 지원 프로젝트입니다.
- 고출력 초음파는 바이오매스의 소화를 개선하고 이를 통해 바이오가스 수율을 크게 높이는 검증된 방법입니다.
재주입 루프를 이용한 바이오가스 생산
BIOMAN
분뇨와 농업 잔재물 같은 생물학적 폐기물은 유럽과 전 세계에서 생산을 위한 풍부한 자원을 제공합니다. 그러나 이러한 기질은 메탄 생성 잠재력이 낮은 섬유질을 다량 함유하고 있어(건물 함량의 5–80%), 톤당 바이오가스 수율이 낮기 때문에 바이오가스 플랜트 운영으로 얻는 경제적 이익이 수익성을 확보하기에는 부족한 경우가 많습니다. 바이오가스 수율을 높이는 데 전처리(예: 기계적, 열적, 화학적 및 생물학적 전처리)가 유익한 것으로 나타났습니다(Angelidaki & Ahring, 2000; Uellendahl et al., 2007). Bioman 프로젝트에서는 폐바이오매스 톤당 바이오가스 수율을 높이는 것을 목표로 재주입 루프의 처리 개념을 연구하며, 경제적 지속가능성을 확보하기 위해 처리에 따른 이익이 운영 비용을 초과해야 한다는 것을 전제 조건으로 삼습니다.
BIOMAN은 여러 중소기업을 위해 바이오가스 플랜트용 물리적·효소적 전처리 전략과 기술을 개발할 예정입니다. 이를 통해 컨소시엄에 참여하는 중소기업들은 완전한 솔루션을 시장에 출시할 수 있고, 농업 부문에서는 소 분뇨와 짚을 직접 원료로 사용하여 바이오가스 플랜트를 운영할 수 있게 됩니다.
재주입 루프
“재주입 루프”는 다양한 기계적·효소적 처리를 결합하여 리그노셀룰로오스 함량이 높은 난분해성 저에너지 기질로부터 바이오가스를 생산하기 위한 것입니다. 그림 1을 참조하십시오. 크기 축소, 초음파 및 효소 처리는 재주입 루프에 사용될 기술이며, 사전 소화 및 탈수를 거친 바이오매스를 바이오가스 반응기로 재순환시키기 전에 적용됩니다. 핵심적으로 중점을 두는 사항은 전반적인 경제적 지속가능성입니다(Uellendahl et al. 2013).
감사의 글
BIOMAN은 다음 기관이 관리하는 유럽연합의 일곱 번째 프레임워크 프로그램으로부터 자금을 지원받습니다: REA – 연구집행기관. 이 지원은 (FP7/2007-2013)의 보조금 협약 n0 FP7-SME-2012, 315664, “BIOMAN”에 따른 것입니다.
알아두면 좋은 사실
바이오가스란 무엇이며 무엇으로 구성되어 있나요?
바이오가스는 산소가 없는 상태에서 유기물이 분해되면서 생성되는 혼합 기체입니다. 주요 성분은 메탄(CH₄)과 이산화탄소(CO₂)입니다. 바이오가스의 주요 성분은 메탄(CH₄)과 이산화탄소(CO₂)입니다. 바이오가스는 농업 폐기물, 분뇨, 도시 폐기물, 식물성 물질, 하수, 녹지 폐기물 또는 음식물 폐기물 같은 원료로 생산할 수 있습니다. 바이오가스는 재생 가능 에너지원이며, 많은 경우 탄소 발자국이 매우 작습니다.
메탄, 수소 및 일산화탄소(CO)는 산소와 반응하여 연소되거나 산화될 수 있으므로 바이오가스는 재생 가능 에너지원으로 사용됩니다. 이 에너지는 주로 연료와 난방 용도로 사용되거나 가스 엔진을 통해 전기와 열로 전환됩니다.
바이오가스 생산에 전처리가 필요한 이유는 무엇인가요?
분뇨와 농업 잔재물 같은 생물학적 폐기물에는 메탄 생성 잠재력이 낮은 섬유질이 다량 함유되어 있어(건물의 5–80%), 톤당 바이오가스 수율이 낮기 때문에 바이오가스 플랜트의 수익성을 확보하지 못하는 경우가 많습니다. 수율을 높이기 위해 전처리(기계적, 열적, 화학적 및 생물학적 전처리)를 사용합니다.
고출력 초음파는 바이오매스 소화에서 어떤 역할을 하나요?
고출력 초음파는 바이오매스의 소화를 개선하고 바이오가스 수율을 크게 높이는 검증된 방법입니다. 재주입 루프 내에서 초음파는 크기 축소 및 효소 처리와 함께 적용되는 핵심 파쇄 기술 중 하나입니다.
제 공정에 적합한 초음파 시스템을 어떻게 찾을 수 있나요?
Hielscher는 실험실용 및 산업용 초음파 프로세서(최대 16,000 W)를 제공하며, 고객의 구체적인 요구 사항을 논의하여 소화 또는 전처리 설비에 적합한 시스템을 제공합니다.
초음파 처리는 잉여 활성슬러지의 호기성 소화를 개선하나요?
초음파 처리는 슬러지 소화를 향상시키는 효과적인 방법입니다. 초음파는 세포벽 파쇄와 기질의 생물학적 이용 가능성을 높여 공정을 개선하며, 이는 혐기성 소화에서 폐바이오매스 톤당 메탄 수율을 높입니다. 잉여 활성슬러지(WAS)의 호기성 소화에서도 동일한 초음파 처리 메커니즘이 파쇄와 가수분해를 촉진하며 슬러지 부피를 줄일 수 있습니다. WAS의 호기성 소화에서 초음파 처리가 제공하는 이점을 알아보세요!
문헌/참고문헌
- Karaalp, Duygu (2014): Enhancement of Biogas Production from Laying Hen Manure via Sonolysis as Pretreatment. Journal of Bioprocessing & Biotechniques 04(06), January 2014.
- Kavitha S., Jessin Brindha G.M., Sally Gloriana A., Rajashankar K., Yeom I.T., Rajesh Banu J. (2016): Enhancement of aerobic biodegradability potential of municipal waste activated sludge by ultrasonic aided bacterial disintegration. Bioresource Technology 2016 Jan;200:161-169.
- C. M. Braguglia, G. Mininni, A. Gianico (2008): Is sonication effective to improve biogas production and solids reduction in excess sludge digestion? Water Science Technology 1 March 2008; 57 (4): 479–483.
- Uellendahl, H., Njoku, S.I., Kragelund, C., Ottosen, L.,Ruiz , B.(2013): Boosting the economy of manure based biogas plants. Proceedings of the International Anaerobic Digestion Symposium at BiogasWorld 2013, April 23- 25, Berlin.
Hielscher Ultrasonics는 실험실 규모에서 산업 규모에 이르는 고성능 초음파 균질기를 제조합니다.