수소가스 주입에 따른 혐기성 Biogas의 생산 증진과 Polyhydroxyalkanoate (PHA)의 분해 특성 평가

초록

혐기성 소화 (AD)는 Bioplastic의 최종 처리 방안 중 하나로, 고부가가치의 바이오가스를 회수할 수 있다는 점에서 유망하다. 한편, H2는 AD의 수소 영양 메탄화를 활성화하여 바이오가스 내 CO2를 저감하고 CH4의 분율을 높일 수 있다. 이는 바이오가스의 저발열량 문제와 H2 에너지의 저장/운송문제를 동시에 해결할 수 있다. 본 연구는 Polyhydroxyalkanoate (PHA)의 AD 처리에 H2를 공급하여 PHA의 안정적 분해와 바이오가스 생산에 관한 데이터를 확보하고자 했다. 이를 위해, H2와 N2로 각각 치환한 HPHA과 NPHA의 CH4 발생량과 PHA의 물성 변화를 비교하였다. 50일의 AD 후 누적 CH4 발생량은 HPHA에서 185.22 NmL CH4/g VS, NPHA에서 132.35 NmL CH4/g VS로, HPHA에서 약 40% 더 높았다. 처리 후 각 반응기에서 회수된 PHA는 초기 중량 대비 각각 70.80%, 38.89% 감소하였으며, 입자 표면의 침식과 같은 물리적 변화도 HPHA에서 더 뚜렷하게 관찰되었다. FTIR 결과, 카르보닐 기는 처리 전 1720 cm-1에서 1755-1745 cm-1 범위로 이동하였다. 또한, 1276 cm-1과 1182 cm-1에서 피크의 강도가 처리 전에 비해 크게 감소하였는데, 이는 PHA가 분해됨에 따라 고분자 사슬 내 C-O-C 결합이 영향 받았음을 시사한다. DSC 결과, 처리 전 PHA의 Second heat scan에서 관찰된 다중 용융점은 처리 후 이중으로 감소하는 한편, 냉결정화 엔탈피와 용융 엔탈피는 HPHA에서 더 큰 폭으로 증가하였다. 결과적으로, AD 반응기에 공급된 H2가 PHA의 생분해를 촉진했으며 CH4 발생량을 증가시켜 PHA의 AD 처리 공정의 효용성을 입증하였다.