폐기물에서 얻은 소중한 에너지 바이오수소의 생산부터 소비까지

미래에너지로 각광받는 물질 중 하나가 수소다. 수소는 원자구조가 가장 간단하여 우주에서 가장 많이 존재하는 원소다. 그만큼 많은 물질의 구성요소로 사용되기에 다양한 화학반응을 이용하여 얻을 수 있으며, 물이나 각종 물질들의 분해를 통해서도 쉽게 얻을 수 있다. 여기에 활용되는 것이 바로 미생물이다. 미생물 중에는 다양한 물질의 대사산물로 수소를 내놓을 수 있는데 이를 이용하는 것이다. 미생물 '공장인 셈이다. 이 때문에 세계적으로 수소를 만들어내는 종에 대한 연구가 활발하다. 최근 국내에서는 고온에서 활동하며 수소를 생성해내는 Themococaus arrorineus NA1이라는 고세균을 심해열수공에서 찾아내어 수소연료 실용화에 한 발짝 다가섰다. 심해열수공은 해양지각이 맨틀에서 솟아나오는 곳으로 심해 환경인데도 수온이 섭씨 30도에 달할 만큼 뜨거울 뿐 아니라 일산화탄소부터 황화수소까지 자연상태에서는 흔히 접하기 어려운 기체가 생성된다. 이 때문에 독특한 생태계를 이루곤 하는데 이 곳에서 일산화탄소를 소비하여 수소를 생산하는 고세균을 찾아낸 것이다. 일산화탄소는 탄소화합물의 불완전연소로 생성되므로 이 고세균을 이용하면 산업현장에서 발생하는 폐가스를 에너지원으로 탈바꿈시킬 수 있다. 게다가 고온에서 활동하는 고세균이라 반응속도가 빠르다는 것도 장점이다. 고세균이 만들어내는 바이오수소의 흐름을 살펴본다.

• 산업시설, 공장, 제철소 - 일산화탄소: 일산화탄소는 탄소의 불완전 연소로 생성되며 산업현장에서 흔히 나온다. 산화하여 온실가스인 이산화탄소로 바뀌는가 하면 그 자체로도 유독성 가스기 때문에 적절한 처리가 필요하다.
• 수소 생산 플랜트 - 고세균의 배양조건을 원활하게 통제할 수 있다면 본격적으로 공업적 이용을 할 수 있다. 수소생산시설은 반드시 집적될 필요는 없으므로 폐가스가 나오는 산업시설에 가깝게 건설한다.
  • 고세균의 보금자리, 수소의 탄생지 - 생산시설의 핵심은 배양기와 정제장치다. 배양기는 고세균이 자라는 곳으로 이곳에 일산화탄소를 넣어 대사작용을 일으킨다. 배양기는 고세균의 생활환경인 섭씨 80도로 유지하며, 높은 온도로 인해 다른 미생물을 사용할 때보다 빠르게 많은 수소를 얻을 수 있다. 여기서 생성된 기체들은 정제장치로 보내 고순도 수소만을 추출한다.

    배양기(80°C 배양조건)에 CO를 넣어 Thermococcus aureus NA1(한국해양과학기술원의 강성균 박사 연구팀이 2002년 서태평양 파푸아뉴기니 해역의 심해열수구에서 분리해 낸 고세균이다. 고세균은 세균과 비슷하나 생리작용이나 유전형질이 크게 달라서 세균에게 불가능한 대사가 가능하므로 경제적 가치가 크다.)을 통해 H2를 생산 정제 및 분리 과정은 PSA 수소정제장치를 이용하여 고순도 수소를 생산

• 수소저장장치 - 분리된 이후의 수소는 일반적인 연료용 가스와 동일한 방법으로 취급할 수 있다. 정제된 수소는 저장장치에 보관해 두고 필요한 곳으로 운송하여 사용한다.
• 수소연료 - 수송철도, 탱크로리, 수송선을 이용하여 운송 하여 발전소, 수소스테이션, 수소연료전지자동차가 소비한다