중국, 유기폐수에서 청정에너지로

수소 가스가 세계에서 가장 깨끗한 에너지로 불리고 있는 원인은 수소의 연소 생성물이 물뿐이기 때문이다. 수소 가스의 연소 비열이 높고 같은 질량 대비에 근거하면 수소 가스가 연소하여 생성한 열량은 가솔린의 3배, 알코올의 3.9배, 코크스의 4.5배이다. 더욱 중요한 것은 수소는 저장 가능 에너지 담체이고 21세기 세계 에너지 무대에서 중요한 지위를 차지할 것이다.

수소를 제조하는 기술은 여러 가지인데, 이 중에서 폐수를 이용하여 수소를 제조하는 것은 흡인력이 있는 프로젝트이고 또한 동시에 폐수를 처리하는 기능도 가지고 있어 꿩 먹고 알 먹기이다. 화석에너지 자원을 이용하여 수소를 제조하는 방법은 수소 제조 기술에서 이미 성숙되었고, 화석에너지로 생산한 수소는 전세계 수소 생산량의 96%이고 남은 4% 수소는 물을 전기 분해하여 생산한 것이다.

지속 가능 발전의 입장에서 바라보면 화석에너지 자원으로 수소를 제조하는 것은 장기 발전 전략에서 고려해야 할 것이고 재생가능 자원으로 수소를 제조하는 것은 미래 잠재력 있는 기술 방법이다. 재생 가능 자원으로 수소를 제조하는 기술은 열 물리 제조 기술과 생물 제조 기술 두 가지로 분류된다. 전자는 아직 실험실 단계에 있고 후자는 재생 가능 자원 수소 제조 기술에서 하나의 중요한 기술 역량으로 되었다.

생물학적 수소 제조 기술에는 광합반응 수소 제조 기술과 발효법 수소 제조 기술이 있는데, 전자는 광합 미생물 생장 속도가 느리고 미생물 생장 과정에서 충족한 빛의 조사문제로 실험실에서 벗어나지 못하고 규모적인 산업화를 실현할 수 없었다.

이런 실정에서 중국 하얼빈공업대학 임남기(任南琪) 교수는 중국 국가자연과학기금위원회 지원 아래 1990년대부터 유기폐수에서 수소가스를 제조하는 메커니즘 연구를 진행하였다. 연구과정에서 발효법 생물 수소 제조 기술을 이용하여 수소를 생성하는 동시에 유기물의 분해를 진행하여 폐수를 정화시켰다.

2002년 11월, 생물을 이용하여 수소를 만들어내는 유기폐수 발효기술의 산업화단지 건설이 중국 하얼빈공업대학 과학기술원 환경보호생물성에서 거행되었다. 이는 세계 선진 수준의 "생물을 이용한 수소 제작 기술"이 중국에서 산업화되었음을 의미하였다. 임남기(任南琪), 왕보정(王寶貞) 교수는 국가 수소에너지 “973”프로젝트 지원 아래 혐기성 활성 슬러지 기술 발효법 생물 수소 제조 기술을 개발하여 세계에서 처음으로 생물 수소 제조를 실현하였다.

이 기술은 非고정적인 균종을 이용하여 수소를 생산하는 새로운 경로를 개척하였고, 생물로 수소를 제작하는 연속 flux 혼합균종 발효법기술의 이론체계를 구축하였다. 이미 연속 flux 생물로 수소를 제작하는 설비가 개발되었다. 이 기술은 "연소"와 "환경오염"의 폐해를 해결하고 공기오염을 제거, 폐수의 종합적 이용 영역에서 그의 가치를 증명하였다.

생물로 수소를 제작하는 산업화 시범공정은 환경보호생물성의 1기 공정으로서 부지면적이 2.1만㎡이고 건축면적이 1만㎡로 투자가 2500만 위안(한화 약 36억2500만 원)이다. 이 프로젝트로 하루에 수소를 600㎥ 생산하여 일일 생산가치가 1만 위안(한화 약 145만 원)에 도달하였다. [GTB2002111372]

2008년 초, 임남기 교수 연구진은 “에틸알코올형 발효 생물 수소 제조 기술”을 연구 개발하였고 국외 낙산형 발효 수소 제조 기술 효율의 몇 십 배되었다. 또한 국가 “863” 계획 “유기폐수 발효 생물 수소 제조 기술 산업성 시범공정”이 하얼빈국제과학기술성에서 가동되었다. 이 프로젝트는 매일 수소 기체를 1200m3 생산하여 국제적으로 첫 번째 발효 생물 수소 제조 생산라인이 되었고 규모적으로도 세계 1위이다.

시범공정의 건립은 대규모 공업화 생산 조건이 완전히 성숙되었음을 의미하지는 않는다. 균의 수소 생성 효율을 향상시키고 효율적이며 저렴한 자원, 풍부한 생물질을 이용하여 전환율을 향상시키고 반응기 대규모 응용 기술 문제를 해결하는 것이 대규모 공업화 생산을 실현하는 것이다.

또 하나의 핵심 문제는 비용 절감이다. 발효 생물 수소 제조 기술 비용의 목표는 1 위안/m3 이다. 현재 물을 전기분해 하여 수소를 제조하는 데 소모되는 전기는 3~4 위안/m3이고 화석에너지 자원으로 수소를 제조하는 비용은 1.5 위안/m3로 조절되었다. 발효 생물 수소 제조 기술 비용을 1 위안으로 제어하면 같은 에너지를 생성하는 상황에서 수소 연료의 소비는 전통적인 에너지 소비와 비슷하다. 이것은 수소 연료의 보급에 거대한 추진 역할을 할 것으로 사료된다

출처 : KISTI  글로벌통향브리핑 GTB 2008-05-15