바이오가스 생산 증대시키는 미생물 4종 찾았다
하수처리장 슬러지 분해 미생물로 에너지 자립화에 기여 기대
우리나라 생물자원을 이용해 환경문제에 선제적으로 대응하고, 탄소중립 정책에도 기여할 수 있는 생물자원 확보가 급선무인다. 미세조류 등 미생물 연구를 통해 바이오연료, 바이오가스 등을 생산 촉진시킬 수 있는 유용한 연구결과가 잇따라 개발되고 있다.
환경부 소속 국립생물자원관(관장 서민환)은 하수처리장의 잉여슬러지를 분해하여 슬러지를 감량하고, 바이오가스(메탄)의 생산을 증가시켜 하수처리장의 에너지 자립화에 기여할 수 있는 유용 미생물 4종을 최근 분리‧확보했다고 밝혔다.
지난달에는 환경부 산하 연구원에서 바이오연료를 생산촉진시킬 미생물을 발견, 증식에 성공한 바 있다.
잉여슬러지는 하수처리 과정에서 발생하는 농축된 찌꺼기를 하수슬러지라 하며, 최초 침전지에서 생슬러지가 발생하고, 최종 단계에서 잉여슬러지가 발생한다.
유용미생물 4종은 분리 배양한 미생물은 파라지오바실러스(Parageobacillus) 속 1종, 지오바실러스(Geobacillus) 속 1종, 우레이바실러스(Ureibacillus) 속 2종으로 확인됐다.
잉여슬러지는 대부분이 수분을 내포하고 있는 미생물로 구성되어 있고, 미생물들은 세포벽으로 보호되고 있어 세포벽을 파괴하면 슬러지의 분해효율이 높아진다. 미생물로부터 용출된 유기물을 ‘혐기성 소화조’ 내의 세균들을 이용하면 바이오가스 생산을 증가시킬 수 있다.
혐기성 소화조는 혐기성(산소 호흡을 하지 않는) 세균에 의해 고농도의 유기물을 분해하고 감량하기 위한 밀폐된 탱크다.
국립생물자원관 연구진은 이 같은 점에 착안하여 2021년부터 관련 연구를 통해 65℃의 고온에서 성장하며 미생물의 세포벽 파괴에 활성이 있는 4종의 미생물들을 하수슬러지와 퇴비에서 찾아냈다.
이들 4종의 복합 미생물은 미생물을 처리하지 않았을 때보다 2시간째 약 45% 향상된 효율로 세포벽을 파괴하여 유기물을 용출시켰고, 6일째부터 약 26% 이상의 메탄생산 효율이 향상되는 효과가 있는 것으로 확인됐다.
연구진은 이번에 발견한 복합 미생물을 적용하면 기존 고온고압(140∼165℃, 6bar)의 잉여슬러지 전처리 공정 온도를 65℃로 낮출 수 있을 뿐만 아니라 대기압(1bar) 조건에서 반응이 이루어져 에너지 소비를 대폭 줄일 수 있을 것으로 예상했다.
특히, 슬러지의 분해로 수분 제거가 쉬워져 최종 하수슬러지의 소각, 건조매립, 건조 연료화 등 처리에 필요한 에너지를 추가로 줄일 수 있어 탄소중립 이행에도 도움이 될 것으로 보인다.
공정 온도를 65℃는 65℃의 전처리 단계에서 처리된 슬러지는 바이오가스 생산을 위한 다음 단계의 혐기소화조로 보내져 혐기성균들에 의해 바이오가스가 생산된다. 이때 필요한 온도가 약 35℃로, 전처리에서 최소 65℃를 맞춰 다음 단계인 혐기소화조의 온도를 유지하게 한다.
이병희 국립생물자원관 유용자원분석과장은 “우리나라 생물자원을 이용해 환경문제에 선제적으로 대응하고, 탄소중립 정책에도 기여할 수 있는 생물자원 확보를 지속적으로 추진할 계획”이라고 밝혔다.