[가스신문 = 양인범 기자] “미생물 공정을 이용하면 악취의 원인인 황화수소(H₂S)를 제거하면서, 바이오가스 생산도 용이해집니다.”

한국에너지기술연구원 청정연료연구실 김선형 박사팀과 자원순환 전문기업 에코바이오홀딩스는 최근 전북 정읍정애영농조합법인에서 가축분뇨와 음식물쓰레기에서 나오는 바이오가스를 고순도메탄으로 변환하는 기술 개발에 성공했다. 기술을 공동 개발한 김선형 박사와 에코바이오홀딩스 김영민 부사장을 함께 인터뷰했다.

“저는 덴마크공대, 카이스트에서 박사 후 과정을 거쳐 2017년부터 에너지기술연구원 청정연료연구실에서 근무 중입니다. 화공열역학 전공자로서 물질의 상태와 에너지, 상평형에 대해 연구를 하며 흡수, 흡착, 증류와 같은 물질 분리기술을 개발 중입니다.”

바이오가스는 메탄(CH₄), 이산화탄소(CO₂), H₂S로 구성되어 있으며 H₂S와 CO₂를 차례대로 제거해야 고순도의 바이오메탄을 생산할 수 있다.

“황화수소 제거 공정을 전처리 공정이라 하는데 저희 연구에서는 미생물을 이용했습니다. 스크러버의 염기성 공정수에 의해 바이오가스 내 황화수소를 제거하고, 황화수소 포함 공정수는 미생물 반응기에서 재생되어 흡수탑으로 재순환됩니다. 이 과정에서 바이오황이 생산되며, CO₂를 제거하는 고질화 공정으로 물 흡수법을 사용합니다.”

H₂S가 제거된 바이오가스가 압축되어 스크러버로 이동하면서 물과 접촉하면 CO₂가 제거되어 고순도 메탄이 나오고, 물은 탈거탑에서 공기에 의해 재생되어 재순환된다. 이후 흡착제에 의해 수분도 제거되고, 높은 압력으로 압축해 바이오 CNG가 만들어진다.

“H₂S를 제거하는데 쓰이는 미생물은 원소황(S₀)으로 전환시키는 황산화미생물(Sulfur Oxidation Bacteris)을 이용합니다. 이번 연구에는 국내에 토착화된 Alkalilimnicolaehrichii 등 우점종 균주를 분리했고, 이를 특허로 취득해 공정 미생물을 수입하지 않고 국내에서 자체 배양·공급이 가능해졌습니다.”

황산화미생물들은 약알칼리 조건에서 성장하는 독립영양 미생물들로 바이오가스와 공정수 내에 포함된 탄소원(CO₂, HCO₃ 등)을 이용하고, 질소원이 포함된 영양제만 공급하면 자연 증식이 이뤄진다.

“황산화미생물 대사과정에서 만들어지는 바이오황은 친수성, 미립자, 약알칼리성을 지닙니다. 이것은 농업·사료·화장품 원료 등에 적용 및 혼합이 가능하고, 입자 크기가 1~10㎛정도의 미립자로 적용 효과성이 우수하며, 식물과 인체에 자극이 없습니다. 현재 유기농업 자재고 공시를 받아, 식물 영양 및 살진균 효과로 화학농약을 대체하는 유기농업에 적용 중이며 화장품 원료로도 개발하고 있습니다.”

에코바이오홀딩스와 에너지기술연구원은 이 기술을 동남아시아에서 적용하기 위해 준비 중이다.

“인도네시아 팜농장에서 발생되는 고농도 유기성 폐수인 POME(Palm Oil Mill Effluent)에 적용하기 위해 인도네시아 KPN Corp의 3개 자회사와 MOU 체결 및 LOI를 받고, 예비타당성을 추진하고 있습니다.”

두 사람은 연구자와 영리기업의 입장을 갖고 있지만, 결국 이 기술의 해외 수출과 연계가 필요하다고 말했다.

“실증 공정에서 경험한 바로는 혐기성 소화조에서 생산되는 바이오가스의 유량과 성상이 일정하지 않고 날씨나 원료 상태 등 외부환경에 따라 변동성이 커집니다. 이를 커버하기 위해 1년 이상 장시간 운전이 필요하며, 향후에는 바이오가스 고질화 공정없이 바로 수소로 만드는 기술도 필요합니다.”