[공학기술] 미생물연료전지 기술 개발을 통한 수처리 및 에너지공급 방안 모색
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- 목차
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Ⅰ. 서론
Ⅱ. 신사업동기
Ⅲ. 사업분야소개
1. 연료전지
2. 미생물연료전지(Microbial Fuel Cell; MFC)
Ⅳ. 사업타당성
1. 호남석유화학의 환경투자 및 에너지 사용 현황
2. 정책/시책 부합성
3. 경제성
4. 시장성과 SWOT 분석
Ⅴ. 기술/특허 동향
1. 미생물연료전지의 상용화 사례
2. 국내외 특허동향
3. 특허 기술 사례
4. 상용화를 위한 과제
Ⅵ. 사업추진방향 제안
1. 단기 계획
2. 중기 계획
3. 장기 계획
Ⅶ. 참고문헌
- 본문내용
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２) 저렴한 유지비용
현재 상업화 과정에 있는 혐기성 소화공정을 이용한 폐수처리는 폐수나 폐기물로부터 혐기성 미생물을 이용하여 메탄가스의 형태로 에너지를 생산하는 기술이다． 하지만 이러한 반응을 위한 혐기성 소화조는 상대적으로 높은 온도가 필요하며（36℃), 처리시간이 길기 때문에 반응기가 매우 크다． 또한 고농도의 폐수처리에만 적합하며， 이용하는 미생물이 pH변화에 민감하기 때문에(pH 6.6~7.6) 이를 위한 유지비용이 필요하다． 이러한 혐기성 소화공정에 비해 미생물연료전지는 상온이나 저온(10~20℃)에서도 성능의 큰 저하 없이 작동될 수 있어 예열에 드는 에너지를 절감할 수 있다．
활성슬러지 공정에서의 공기공급을 위한 에너지소비는 폐수처리시설에서 사용하는 전체 에너지 소비의 ５０％정도를 차지한다고 한다． 한편， 주변의 공기를 사용할 수 있는 외기환원전극 미생물연료전지는 이러한 인공적인 공기공급이 필요가 없어 이에 사용되는 동력 비용을 절감할 수 있다．
３) 슬러지 감소
폐수처리공정에서 settling을 통한 슬러지의 생성은 어쩌면 당연한 결과이다． 하지만 폐수처리시설에서 배출되는 슬러지 처리에는 많은 비용이 들어가며， 후 해양에 투기하는 등 환경문제도 발생시키게 된다． 미생물연료전지에 이용되는 미생물은 본래 혐기성 공정으로， 보통 폐수처리에서 사용되는 호기성 미생물보다 세포생성의 수율이 작다． 이는 미생물의 성장속도가 호기성보다 작다는 것을 의미하며 후에 생성되는 슬러지의 양도 적을 것이라 예측할 수 있다．
４) 악취 제거
현재 폐수처리장은 악취로 인해 혐오시설물로 인식되고 있다． 이는 활성 슬러지 공정(AS)에서 호기조로 통과하는 공기와 살수여상법(TF)에서 넓은 표면적이 산소에 노출되기 때문에 발생한다． 하지만 미생물연료전지를 이용한다면 이러한 공기와의 노출을 상당부분 줄일 수 있으며， 주변 지역으로의 악취의 확산을 막을 수 있을 것으로 예상된다．
５) 영양염류의 제거
폐수처리 공정에 있어서 BOD처리가 １차적인 목적이지만， 이러한 처리뿐만 아니라 후에 부영양화 등을 일으킬 수 있는 영양염류의 제거도 필수적이다． 일반적인 활성 슬러지(AS)나 살수여상법(TF)으로는 이러한 영양염류를 모두 제거시킬 수 없으며， 이를 통해 처리된 물을 다시 질산화공정과 탈질산화공정，인 제거 공정 등을 이용 암모늄 이온이나 인등 부영양화를 일으킬 수 있는 물질을 따로 제거시켜 주어야 한다． 하지만 이러한 경우 탄소를 추가로 공급해주며 상당량의 물도 재순환시켜주어야 한다． 미생물 연료전지를 이용한다면 이러한 비용을 절감시킬 수 있을 것이라 보고 있다．
６) 넓은 범위의 활용성과 성능의 안정도
혐기성 소화조는 최적의 온도(36℃)이하에서는 처리율이 상당히 낮아지며, 20℃이하에서는 효율성이 거의 없다. 반면, 미생물연료전지는 냉온, 중온, 고온(psychrophilic, temperature, mesophilic, thermophilic)에 걸쳐서 운영될 수 있다고 알려졌다． 실제로 미생물연료전지를 이용한 30℃와 20℃에서의 처리율 차이는 10%내외로 매우 낮으며， 전력생산도 9%정도만이 감소되었다는 것이 밝혀졌다. 이처럼 미생물연료전지는 전력생산에 있어서 넓은 범위의 온도에서 운전이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
미생물연료전지는 넓은 범위의 COD부하량에 걸쳐 운영된다. 혐기소화는 고농도에서， 활성슬러지는 저농도의 범위에서 운영되는 것에 비해 미생물연료전지는 두 상태 모두 안정적으로 작동될 수 있다. 또한 미생물연료전지는 수개월이 걸리는 혐기성
- 참고문헌
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1. 권순일, <수처리 기술의 현재와 미래>, 서울대학교 화학생물공학부, 2011.
2. 이재한, <미생물연료전지를 이용한 폐수처리시스템기술과 전망>, 서울대학교 화학생물공학부, 2011.
3. 장호남 외, <21세기를 지배하는 10대 공학기술>, 김영사, 2006.
4. 토머스 프리드먼,, 21세기 북스, 2008.
5. 김병홍 외(2010). <미생물연료전지, 녹색성장의 위한 하폐수처리기술>, <<특별기사(녹색성장 기술)>>, 제 57권 제 8호.
6. Logan,, John Wiuley & Sons, Inc., 2008, pp.86~95.
7. Rittmann, McCarty, Environmental Biotechnology: Principles and Applications, McGraw-Hill companies, 2001, pp.16~18.
8. Logan B.E.(2006),, Tendes Microbiol. 14(12), 512-518.
9. Kim.B.H.(1999),, U.S.patent 5976719.
10. 이송근,, Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 23, No.12, 2009.
11. ‘한국형 바이오 연료의 기능성 평가 및 시사점’, 삼성 경제 연구소, 2007.1.4
자료평가
- 내용적으로 너무 좋고 공부하는데 도움이 많이 되었습니다.
- sanai33***
(2015.08.19 18:17:05)
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