바이오가스는 메탄 박테리아가 유기물을 분해할 때에 발생하는 하나의 대사산물로서, 혐기적 소화작용으로 바이오매스에서 생성되는 메탄과 이산화탄소의 혼합형태인 기체를 말한다. 바이오가스의 형태는 퇴비가스, 습지가스, 폐기물 등의 자연적으로 생성되는 것과 합성제조된 가스도 있다.
현재 국내에서 바이오가스를 생산하기 위하여 이용 가능한 유기성폐기물로는 음식물쓰레기, 하수슬러지, 축산분뇨 등이 있으며, 이를 이용하면 바이오가스를 년간 330만 TOE의 에너지 생산이 가능하여 이를 전력 및 온수 또는 청정연료로 전환 후 자동차 에너지로 활용이 가능하다. | |
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혐기성소화란 유기물을 분해하는 혐기성미생물이 에너지를 얻기 위해 필요한 산소를 공기 중의 분자성산소(O2)를 이용하는 것이 아니라 화합물에 결합된 산소(SO4, CO3, NO3 등)를 이용하는 생물학적 공정이다. 공학적 설계에 의한 혐기성 소화조내 에서의 유기물 소화는 밀폐 공간인 반응조내에서 일어나며, 가스발생량과 폐기물 분해속도의 극대를 위해서는 반응조내 수분함량, 온도, pH와 같은 환경조건들이 중요하다. 일반적으로 혐기성소화는 <그림 2>과 같이 다양한 유기물을 분해, 안정화시키는데 필요한 가수분해단계, 산생성단계, 메탄생성단계로 구성 된다. |
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특히 혐기성소화 공정을 이용한 바이오가스 플랜트의 적용은 50년대 초부터 독일에서 연구 및 보급이 왕성하였으며 독일에서 개별형이 약 1,000기, 덴마크에서는 공동형 20기, 개별형 25기, 이탈리아에서는 개별형 50기, 스웨덴에서는 공동형 10기, 개별형 6기가 가동 중이다. 이들 국가에서 원료의 주체는 가축분뇨이고 여기에 산업폐기물(도축 및 식품가공폐기물) 및 음식물쓰레기 등을 이용하고 있다. 한편, 재래식 메탄발효는 세계적으로 보면 중국이 가장 왕성하여 대략 500만기의 재래식 메탄발효시설이 있으며, 중국에 이어 인도가 126만기, 네팔 6천기가 가동 중에 있다.
유기성폐기물을 처리하는 혐기성소화 공정을 처리하는 반응조의 형태에 따라 크게 세가지(완전혼합형 혐기조, Plug-Flow형 혐기조, Covered-Lagoon 혐기조)로 구분할 수 있다. 완전혼합형 혐기성소화조는 고형물 농도가 3~10%사이일 때 적합하며 물분사식(flush) 시스템에 의해 수집되는 돈분 혹은 축산분뇨에 적합한 것으로 알려져 있다. 기계식 혹은 가스식 혼합시스템이 구비되어 고형물의 농도를 균등하게 유지하는데 도움이 되지만 혼합에 사용되는 에너지비용 등 운영비용이 비싼 단점이 있다. |
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Plug-Flow형 혐기성 소화조는 고형물의 농도가 11~14%사이일 때 적합하며 주로 스크레이퍼에 의해 수집되는 소 분뇨의 처리에 이용되는데, 물분사식(flush) 시스템에는 고형물농도의 희석 때문에 부적합 한 것으로 알려졌다. 본 시스템은 최소의 비용으로 운전이 되는 구동 파트가 소화조 내에 설치되어 있다. 유지비용이 저렴한 특징이 있다. |
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Covered-Lagoon 혐기성소화조>는 크게 두 부분으로 구성되어 있는데 불투수성 커버는 라군(Lagoon)에서 혐기성 미생물의 유기물 분해에 의해 발생되는 바이오가스를 수집하기 위해 설치된 것으로 고형물의 농도가 2% 이하의 분뇨의 처리에 적합한 것으로 알려져 있으며 냄새유발 방지 목적이나 추운지방에서 주로 사용된다. 완전혼합형 및 Plug-Flow형 대비 가장 저렴한 유지비용을 소모하는 것으로 알려져 있다. |
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