최근 화석연료의 고갈과 이산화탄소 배출량의 증가로 인한 지구온난화 문제에 대응하여 청정에너지 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 해양바이오에너지는 재생 가능하고 지속가능한 에너지 자원이며 화석연료의 대체 자원으로 주목받고 있다. 해조류는 생장성이 우수하며 해수 중 부영양물질과 이산화탄소의 흡수 기능을 갖고 있다. 또한 비식량계 바이오매스로서 경작지 잠식으로 인한 식량생산 감소 및 식량 수급 불균형 문제를 야기하지 않으며, 육상바이오매스 자원에 비해 단일면적 대비 생산 수율이 높다. 특히 한국은 바다 면적이 넓어 해조류를 이용한 바이오에너지 생산 및 고부가 물질 생산기술이 국내 실정에 적합하며 경쟁력 있는 기술로 평가되고 있다.

  본 연구에서는 해조류 중 생산수율이 높고 메탄발생량이 상대적으로 높은 다시마를 기질로 선정하였으며 중온 단상 혐기성 소화조를 운전하여 유기물 부하, 수리학적 체류시간과 주입빈도가 혐기성 소화에 미치는 영향을 조사하고 다시마의 혐기성 소화에서 적합한 운전조건을 제시하고자 하였다.

  유기물 부하와 수리학적 체류시간 영향 반응조 운전 결과, 부하가 감소하고 체류시간이 길어질수록 더 안정적인 운전이 가능하였고 수리학적 체류시간이 23일이고 부하가 1.50 g-VS/L-d 이상일 경우 고부하와 짧은 체류시간으로 TVFA 축적 및 pH 저하가 발생하여 반응조 운전이 실패하였다. 부하 1.00-1.50 g-VS/L-d, HRT 40-27일 범위에서는 부하와 메탄발생속도는 linear한 상관관계를 보였으며 비메탄발생량은 비슷한 값을 나타냈다. 즉 부하 1.50 g-VS/L-d 이하, 동시에 HRT가 27일 이상일 경우 단위 기질 전환효율이 비슷하다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구의 실험 범위 내에서 최적의 부하는 1.50 g-VS/L-d, 수리학적 체류시간은 27일인 것으로 판단된다.

  글루코스를 이용한 주입빈도의 영향 반응조 운전 결과, 충분한 순응단계를 거친 후 실험을 진행한 세 반응조(하루에 두 번 주입, 하루에 한 번 주입, 이틀에 한 번 주입)에서는 모두 비슷한 메탄발생량과 제거율을 보였다. 하지만 주입빈도가 높을수록 미생물 성장에 더 적합한 환경을 제공하여 측정인자들의 표준편차와 변동계수는 감소하였고 상대적으로 안정적인 소화가 이루어졌다. 반면, 한 반응조에서 하루에 두 번 주입하다가 주입빈도를 낮추어 운전한 반응조는 충격부하로 인해 fail이 일어났다. 복합고분자 기질인 다시마를 이용하여 주입빈도의 영향을 조사한 결과, 글루코스 반응조와 비슷한 결과를 나타내었다. 따라서 혐기성 소화조 운전 시 미생물 순응을 유도하여 환경변화에 대한 적응력을 키우면 일정한 부하 내에서는 낮은 주입빈도에서도 효율적인 운전이 가능하다는 것을 확인하였다.

주요어: 다시마, 혐기성 소화, 기질, 주입빈도, 유기물 부하, 수리학적 체류시간