미래에는 미세조류 연료가 가능할까? 연구진은 오늘날의 천연가스 기반 시설과 호환하여, 젖은 조류 생물량을 바이오매스로 변환하는 새로운 미세 조정 기술을 개발했다. 미세조류에서 얻어진 바이오 가스는 화석 연료의 대안으로 점점 더 그 잠재력을 인정받고 있다. 지난 몇 년 동안, 폴 쉬러 연구소(Paul Scherrer Institute, PSI)와 로잔 연방 공과대학(EPFL)의 연구진은 미세조류를 배양하고, 그것들을 합성 천연가스로 전환하기 위하여, 자원 및 에너지 효율 처리 과정인 SunCHem을 개발했다. 이 바이오 연료는 오늘날의 확장된 가스 기반 시설과 완벽하게 호환되어 생산될 수 있다.

지난 1월에 발표된 이들의 논문에서, 연구진은 지속적해서 바이오매스를 바이로 가스로 전환하는 기술을 발표했다. 이들의 연구 논문은 오늘자 저널 ‘Catalysis’에 게재되었다. 바이오매스를 바이오 가스로 전환하는 데에는 자연적으로 수백만 년이 걸릴지 모르지만, SunCHem 과정을 이용하면, 그 처리를 한 시간 이내로 끝낼 수 있다. 이러한 놀라움의 비결은 열수 가스화(hydrothermal gasification)라고 불리는 과정에 있다. 우선, 조류가 담긴 물을 약 섭씨 400도의 온도로 가열하여, 초임계 액체 상태가 되도록 한다. 이러한 초임계 상태에서, 물은 효율적으로 이 바이오매스 내에 담겨있는 유기 물질을 용해한다. 반면, 무기염류는 수용성이 되면서, 영양소 농축액으로써 회수할 수 있다. 촉매를 사용하여, 나머지 용액을 기화시킴으로써, 그것은 물과 CO2, 그리고 메탄이 풍부한 바이오 가스로 분리된다.

비록 이 과정이 천연가스 처리와 비교해서, 약 5배에서 7배까지 비싸지만, 미세조류는 다른 바이오 연료 자원이 가진 많은 비판을 피해갈 수 있다. 그것들은 농업 식량 생산에 방해를 주지 않고, 비경작지에 구축된 수로지에서 성장할 수 있다. 또한, 이러한 조류가 성장하는 데는 물이 필요하지만, 그 또한 까다롭지 않다. 종에 따라서, 그것들은 담수, 또는 해수에서 성장할 수 있으며, 미래에는 폐수를 사용할 가능성이 있다. 지난해 발표된 연구에 따르면, 바이오 가스를 생성하기 위해 소모되는 각 에너지 단위를 1.8에서 낙관적으로는 5.8 에너지 단위까지 재생성할 수 있다고 밝혔다. 자원을 보존하고, 비용을 절감하며, 또한 전체적 과정의 효율성을 증가하기 위하여, 이 전체 시스템은 폐루프 내에서 가동되어야 한다. “인산염과 같은 일부 영양소는 자원이 한정되어 있지만, 바이오매스를 기화하면서, 이것은 회수될 수 있다. 그것들을 다시 조류를 성장시키는 물에 넣음으로써, 그들의 성장에 훌륭한 효과를 볼 수 있다”고 이 논문의 저자 중 한 명인 Mariluz Bagnoud가 말했다.

논문에서, 연구진은 지속적인 공정으로서의 시스템을 가동하는 가능성을 입증했다. 그러나 그들은 또한 오랫동안 영양소와 물을 계속 사용하는 것이 시스템의 성능을 저하시킬 수 있다는 것을 발견했다. “우리는 가스화 과정에서 사용되는 촉매의 비활성화를 감지하였으며, 미량의 알루미늄 축적을 기대하고 있다. 미세조류의 알루미늄 독성은 pH에 따라 달라진다. 중성 pH에서 조류를 배양함으로써, 이러한 독성 효과는 기본적으로 제거될 수 있다. 연구진의 다음 단계는 촉매의 수명을 증가시키기 위하여, 이 과정을 미세 조정하는 것이며, 이는 미세조류 내에 포함된 유황에 의해 비활성화될 것”이라고 연구진은 말했다.

 

 

 

 

 

Could microalgae fuel the future? Researchers are fine-tuning a technology that transforms wet algal biomass into a biogas that is compatible with today's natural gas infrastructure.

 

Microalgae derived biogas is becoming an increasingly promising alternative to fossil fuels. Over the past years, researchers at the Paul Scherrer Institute (PSI) and EPFL have been developing SunCHem, a resource and energy efficient process, to cultivate microalgae and convert them into synthetic natural gas, a biofuel that is fully compatible with today's expanding gas grid. In an article published in late January 2014, they present one of the first continuous biomass to biogas conversion technologies. The article appeared online in the journal Catalysis Today.

 

While it takes nature millions of years to transform biomass into biogas, it takes the SunCHem process less than an hour. The secret behind this feat is a process called hydrothermal gasification. First, algae-rich water is heated under pressure to a supercritical liquid state, to almost 400 degrees Celsius. In this supercritical state, the water effectively dissolves the organic matter contained in the biomass, while inorganic salts become less soluble and can be recovered as a nutrient concentrate. By gasifying the remaining solution in the presence of a catalyst, it is then split into water, CO2, and the methane rich biogas.

 

Although the approach is still about five to seven times too expensive to compete with natural gas, microalgae evade much of the criticism that other biofuel sources face. They can be grown in raceway ponds built on non-arable land, without competing with agricultural food production. And although the algae need water to grow in, they are not picky. Depending on the species, they can grow in freshwater or saltwater, and in the future, they could potentially even be used to treat wastewater. A study published last year estimated that, for each unit of energy spent to produce the biogas, between 1.8 and most optimistically 5.8 units of energy could be produced.

 

To save resources, cut costs, and increase the overall efficiency of the process, the entire system can be run in a closed loop. "Some nutrients such as phosphate are limited resources, which we can recover when we gasify the biomass. Feeding them back into the water that we grow the algae in has a spectacular effect on their growth," says Mariluz Bagnoud, one of the two lead authors of the publication.

 

For the publication, the researchers proved the feasibility of running the system as a continuous process. But they also found that feeding back water and nutrients over long durations leads to a degradation of the system's performance. "We detected the deactivation of the catalyst used in the gasification process and we expect the accumulation of trace amounts of aluminum," says Bagnoud. "The toxicity of the aluminum on the microalgae depends on the pH. By cultivating the algae at a neutral pH, these toxic effects can essentially be eliminated," she says. "Now, the next steps will involve fine-tuning the process to increase the longevity of the catalyst, which is deactivated by the sulfur contained in the microalgae," she concludes.

 

[원문출처 : http://phys.org/news/2014-02-microalgae-derived-biogas-alternative-fossil-fuels.html]