하수 슬러지 유래 바이오차의 첨가에 따른 바이오가스 증산 = Enhancement of Methane Production in Anaerobic Digestion by the Addition of Sewage Sludge-Derived Biochar

국문 초록 (Abstract)

국내 유기성 폐기물 발생량의 지속적 증가와 재생에너지 수요 확대에 따라 바이오가스 생산 기술의중요성이 커지고 있다. 그러나 기존 혐기성 소화 공정은 운영 조건에 따라 공정 속도가 불규칙하고 억제 물질축적으로 공정 불안정성이 존재하는 등 다양한 한계를 지니고 있어 기술적 개선이 필요하다. 본 연구에서는이러한 문제를 해결하기 위해 하수 슬러지 유래 바이오차를 첨가제로 사용하였다. 제조된 바이오차의 효과는실험실 규모의 배치 소화조와 파일럿 규모의 연속식 소화조에서 평가하였다. 그 결과 바이오차를 첨가한 경우메탄 생산량이 실험실 규모에서는 최대 15.0%, 파일럿 규모에서는 최대 18.7% 증가한 것으로 나타났다. 하수슬러지 바이오차는 다양한 미네랄 (P, K, Ca, Mg, Fe 등)을 포함하고 있으며, 특히 Fe를 다량 함유하고 있어메탄 대사에 관여하는 미생물 활성을 개선했을 것으로 판단된다. 이러한 결과는 하수 슬러지 바이오차가 향후산업 규모의 혐기성 소화 공정에서 공정 효율을 높이는 기능성 첨가제로 활용될 수 있음을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Due to the generation of organic waste in Korea and the increasing demand for renewable energy, biogas production technology has become more important. However, existing anaerobic digestion processes still require technological improvements because they face various limitations, such as irregular process speed depending on operating conditions and process instability due to the accumulation of inhibitory substances. To address these issues, biochar (BC) derived from sewage sludge was used as an additive in this study. The performance of the BC was tested in a 100 mL laboratory-scale batch reactor and a 50 L pilot-scale continuous reactor. As a result, when BC was added, methane production increased by up to 15.0% at the laboratory scale and 18.7% at the pilot scale compared to systems without BC. Sewage sludge biochar contains various minerals (P, K, Ca, Mg, Fe, etc.). In particular, the high Fe content is considered to play a significant role in enhancing the activity of microorganisms involved in methanogenic pathways. Therefore, sewage sludge biochar is expected to be used as a functional additive to increase process efficiency in industrial-scale anaerobic digestion systems.