국내 연구팀, 멸균 과정 없는 경제적 바이오수소 생산 기술 개발

 

아주경제 신희강 기자 = 미래창조과학부는 국내 연구팀이 해조류의 미활용 바이오매스에서 다른 연료를 쓰지 않고, 값비싼 멸균 과정 없이 연속적으로 바이오수소를 생산할 수 있는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

김상현 교수(대구대) 연구팀은 미래부 기초연구사업(개인연구) 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 바이오에너지 분야에서 세계적 학술지 바이오리소스 테크놀로지(Bioresource Technology) 1일자 표지논문으로 게재됐다.

생물학적 바이오수소는 지속가능한 수소 생산 방법이지만 원료와 반응공정 상의 한계로 인해 상용화가 쉽지 않다. 미국 등을 중심으로 목질계 바이오매스를 원료로 사용하는 방안이 활발히 연구되고 있다.

우리나라와 같이 국토가 협소한 나라에서는 목질계 바이오매스를 경제적으로 얻기 어렵고, 목질계 바이오매스의 구조 상 전처리에 상당한 공정비가 들어간다는 한계점이 존재하므로 다른 대안 모색이 필요한 실정이다.

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특히 생물학적 바이오 수소를 생산할 때 공정 운전 과정에서 수소 생성균 외의 수소를 먹이로 하는 미생물을 지속적으로 멸균해야하기 때문에 이 과정에서 막대한 비용이 발생한다.

이에 연구팀은 해조류 가운데 탄수화물 함량이 가장 높은 홍조류의 주 성분인 갈락토스를 활용, 값비싼 멸균 과정 없이 연속적으로 바이오수소 생산이 가능한 기술을 개발했다.

연구팀은 갈락토스의 효율적인 활용과 멸균 비용 저감을 위해 단일 균주 배양이 아닌 혼합 배양을 채택했다. 혼합 배양의 핵심은 수소 생성균이 비수소 생성균에 비해 경쟁적 우위를 점하도록 공정 상태를 유지하는 기술이다.

연구팀은 하수처리 과정에서 폐기물로 발생하는 슬러지(침전물)를 90oC에서 30분간 열처리한 것을 별도의 선별 과정 없이 그대로 반응 초기에 주입하고, 이외에는 일체의 멸균을 실시하지 않고 반응을 진행했다. 위 열처리는 전체 미생물을 멸균하는 것이 아니라 내생포자를 형성하는 수소 생성균이 우위를 점하도록 하는데 목적을 뒀다.

결과적으로 실시간 중합효소연쇄반응법(qPCR)으로 수소생산 핵심 미생물의 함량을 모니터링하며 연속 운전 인자(pH, 갈락토스 농도 및 유량, 소포제 투입 등)를 조절, 열처리를 통해 수소 생성균이 우위를 점하는 상태를 유지할 수 있었다. 

또한 연속 바이오수소 생산 시 주요 문제점으로 지적되는 거품 발생(foaming) 제어를 통해 공정 폐색 및 미생물 손실 가능성을 차단했다.

김상현 교수는 "이 연구는 홍조류 등 미활용 바이오매스의 주 성분인 갈락토스를 미생물의 먹이로 활용하고, 값비싼 멸균 과정 없이 연속적으로 바이오수소를 생산할 수 있는 기술을 개발했다"면서 "이로써 바이오수소 생산이 연구실 수준을 넘어 상용화에 다가갈 수 있는 기반을 제공했다는데 의미가 있다"고 연구의 의의를 설명했다.