바이오가스에 포함된 이산화탄소의 원예시설 이용을 위한 습식 흡착에 의한 황화수소 흡착 성능에 관한 연구 = A study on hydrogen sulfide adsorption performance by wet adsorption for horticultural use of carbon dioxide contained in biogas

국문 초록 (Abstract)

기후변화로 인하여 기존 화석연료 기반의 에너지에서 신재생에너지로의 전환이 요구되면서 농업 분야에서도 가축분뇨를 이용한 바이오가스 생산 시설 확대를 추진하고 있다. 그러나 바이오가스는 메탄뿐만 아니라 다양한 가스(이산화탄소, 황화수소, 암모니아 등)가 혼재되어 있어 저품위의 에너지원으로 사용되고 있다. 따라서 바이오가스의 고품질화가 필요하며 이 과정에서 발생하는 온실가스인 이산화탄소의 처리, 활용 기술 개발이 동반 필요하다. 따라서 본 연구는 이산화탄소를 원예시설에서 사용하는 액화탄산 대체용으로 활용하기 위해 습식 흡착법을 이용한 황화수소 저감 기술을 개발하기 위한 것이다. 황화수소는 낮은 농도에서도 작물피해 영향이 커 사전 제거가 필요하다. 이를 위해 바이오가스를 모사하여 100ppm H₂S, 30% CO₂, CH₄을 밸런스 가스로 하는 혼합가스를 이용하였다. 습식 흡착 반응기는 직경 5cm, 높이 30cm의 원통형으로 상부에 노즐을 장착한 별도의 챔버를 두고 살수할 수 있도록 하였다. 흡착제로 활성탄(4*8, 290g)을 이용하였으며, 혼합가스는 활성탄 충진층 하부 1cm 위로 유입되어 상향류하여 상부에서 유출되도록 하였다. 혼합가스는 450ml/min으로 유지하면서 흡착 시험을 수행하였다. 가스 분석은 암모니아, 황화수소를 동시에 측정할 수 있는 바이오테크 5000(영국) 이용하였다. 실험하는 동안 물을 이용하여 활성탄 층에 간헐적으로 살수하면서 실시하였다. 가스 분석하기 전 공기를 이용하여 바이오가스 측정 센서를 크리닝한 후 측정하였으며, 표준 농도 검정용으로 조제한 혼합가스를 이용하였다. 혼합가스 실측한 결과 CH₄ 69.0%, CO₂ 29.6%, 황화수소 113ppm, 암모니아 109ppm으로 나타나 조제한 성분과 유사함을 확인하였다. 이 결과 황화수소는 유입농도 113ppm에서 유출농도 1ppm으로 99.1%가 제거되는 것이 확인되었다. 이와 함께 혼합가스에 포함되어 있던 암모니아 가스 경우에도 109ppm에서 유출될 때는 0ppm으로 나타나 100% 제거되는 것으로 확인되었다. 따라서 활성탄을 이용한 습식 흡착으로 황화수소와 암모니아 가스 성분을 효과적으로 처리할 수 있음을 확인하였다.