KR100909273B1 - 수소와 이산화탄소를 이용한 고효율의 생물학적 메탄제조방법 - Google Patents

수소와 이산화탄소를 이용한 고효율의 생물학적 메탄제조방법 Download PDF

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Abstract

생물학적 메탄 제조방법이 개시된다. 개시된 생물학적 메탄 제조방법은, 혐기성 미생물을 포함하는 유기성 폐기물을 채취하는 단계, 상기 채취된 유기성 폐기물에 불활성 가스, 수소와 이산화탄소의 혼합가스, 및 산소 제거제 중 적어도 1종을 주입함으로써 상기 유기성 폐기물 내에 포함되어 있는 용존 산소를 제거하는 단계, 상기 유기성 폐기물에 수소 및 이산화탄소를 주입함으로써 상기 유기성 폐기물로부터 이산화탄소를 유일 탄소원 및 유일 에너지원으로 사용하는 혐기성 미생물을 배양하는 단계, 상기 혐기성 미생물이 배양된 상기 유기성 폐기물을 다공성 담체가 충진되어 있는 혐기성 생물 반응조에 투입하는 단계, 및 상기 혐기성 생물 반응조에 수소 및 이산화탄소를 주입하고 주입된 가스들을 상기 혐기성 미생물에 의해 반응시킴으로써 메탄을 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 개시된 생물학적 메탄 제조방법은 유기성 폐기물을 이용한 혐기성 생물반응을 통해 이산화탄소를 수소와 반응시켜 상온 및 상압에서 고효율로 이산화탄소를 대량으로 저감하고 메탄을 대량으로 생산할 수 있다.

Description

수소와 이산화탄소를 이용한 고효율의 생물학적 메탄 제조방법{Method for high efficiency biological production of methane using hydrogen and carbon dioxide}
본 발명은 생물학적 메탄 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기성폐기물을 이용한 혐기성 생물반응을 통해 이산화탄소를 수소와 반응시켜 상온 및 상압에서 고효율로 이산화탄소를 대량 저감하고 메탄을 대량 생산할 수 있는 생물학적 메탄 제조방법에 관한 것이다.
이산화탄소(CO2)는 최근 교토의정서 등 각국에서 많은 법규가 제정됨에 따라 반드시 제거되어야 하는 환경 유해물질에 속한다.
한편, 유기성 폐기물 중 하수슬러지(WAS: Waste Activated Sludge)와 음식물쓰레기(FW: Food Waste)는 필수적으로 처리되어야 하는 폐기물로 인식되고 있다.
이러한 유기성 폐기물의 최종 처리를 위해 일반적으로 매립 또는 소각 기술이 적용될 수 있으며, 이밖에 혐기성 소화(anaerobic digestion) 기술이 또한 적용될 수 있다.
혐기성 소화란 일련의 미생물학적 과정에 의해 유기물이 메탄과 이산화탄소로 전환되는 과정을 말한다. 혐기성 소화에는 가수분해 단계, 산생산 단계, 초산생산 단계, 그리고 메탄생산 단계와 같은 네 단계로 구성되어 있는데, 메탄은 최종 생산물로서 혐기성 소화의 마지막 단계에서 생산된다.
이와 같이 유기성 폐기물을 이용하여 메탄과 같은 바이오가스를 생산할 목적으로 시도한 많은 연구가 진행되고 있으나, 이들 연구는 모두 혐기성 생물 공정 내부에서 아세테이트 등을 영양원으로 사용하는 것이다. 즉, 메탄과 같은 바이오가스를 생산하고자 하는 대부분의 연구에서 사용되는 기술은 발효조가 포함된 프로세스의 개선을 이용하는 기술이다. 그 예로, 대한민국공개특허 제2002-0038701호는 가축배설물과 같은 유기성 폐기물을 대상 원료로 하고 2상형 메탄발효 반응기를 이용하여 바이오가스를 발생시키는 기술을 개시하고 있는데, 이 경우 메탄생산 균주가 사용하는 영양원이 아세테이트였다. 또한, 대한민국등록특허 제0252811호는 음식물쓰레기를 대상 원료로 하고 파쇄기가 포함된 3상 발효조를 이용하여 바이오가스를 발생시키는 기술을 개시하고 있으며, 다종 다양한 호기성 균주 및 혐기성 균주를 사용하여 음식물쓰레기를 처리함으로써 발효시간의 단축을 통한 메탄의 고효율 생산을 달성하고자 하였다. 또한, 대한민국등록특허 제0461759호는 하수슬러지를 대상 원료로 하고 입상화 촉진제를 투입하여 입상화 슬러지를 단시간 내에 형성시킨 후 이를 사용하여 수소 및 메탄가스를 고효율로 생산하는 방법을 개시하고 있다. 또한 PCT/US2001/030969는 다양한 유기성 폐기물을 대상원료로 하고 여러가지 박테리아를 적용하여, 다양한 알칼리, 온도 등에서 메탄을 고효율로 생산하고자 하였 다. 두 가지 이상의 단일 가용화 기술을 유기성폐기물의 가용화에 혼합 적용한 예로는 대한민국공개특허 제2005-0088644호와 대한민국공개특허 제2005-0011391호가 있다. 대한민국공개특허 제2005-0088644호는 하수슬러지를 대상 원료로 하여 마이크로파와 열풍 및 흡열재를 이용하여 가용화하는 기술을 개시하고 있으며, 대한민국공개특허 제2005-0011391호는 물리적 방법만을 개시하고 있으나 두 종류의 초음파 조사 기술, 상세하게는 하수슬러지를 대상 원료로 하고 다파장 및 역류 초음파 조사를 이용하여 생물반응조의 처리능력을 향상시켜 고효율로 슬러지를 가용화하는 기술을 개시하고 있다. PCT/US2002/025253은 대상 원료를 입자 크기별로 구분한 후, 130℃ 또는 그 이상의 온도 및 포화 수증기압 이상의 압력에서 열적 가수분해를 적용하여 가용화한 후, 알칼리 처리를 통해 유기성 폐기물의 가용화 효율을 높이고자 하였다. PCT/JP2001/08842는 과량의 슬러지를 대상 원료로 하고 이 슬러지에 가용화제를 첨가하고 초음파를 적용한 후 감압 팽윤 처리한 다음 다시 미생물 처리하여 슬러지의 부피를 줄이고자 하였다.
이상과 같이 유기성 폐기물과 같은 원료를 사용하여 아세테이트를 생산하고, 이를 메탄생산 균주를 통해 메탄 등의 바이오가스를 생산하는 연구는 많이 보고되고 있으나, 외부에서 별도로 주입된 수소와 이산화탄소를 원료로 하여 메탄생산 균주를 이용해 메탄을 생산하는 연구와 관련된 보고는 아직까지 없었다. 따라서, 유기성 폐기물을 이용하여 온실가스의 주범인 이산화탄소를 대량으로 저감함과 동시에 새로운 에너지원으로 사용가능한 메탄을 대량으로 생산하는 기술이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 유기성 폐기물을 이용하여 상온 및 상압에서 이산화탄소를 대량으로 저감함과 동시에 새로운 에너지원으로 사용가능한 메탄을 대량으로 생산할 수 있는 고효율의 생물학적 메탄 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
(a) 혐기성 미생물을 포함하는 유기성 폐기물을 채취하는 단계;
(b) 상기 채취된 유기성 폐기물에 불활성 가스, 수소와 이산화탄소의 혼합가스, 및 산소 제거제 중 적어도 1종을 주입함으로써 상기 유기성 폐기물 내에 포함되어 있는 용존 산소를 제거하는 단계;
(c) 상기 유기성 폐기물에 수소 및 이산화탄소를 주입함으로써 상기 유기성 폐기물로부터 이산화탄소를 유일 탄소원 및 유일 에너지원으로 사용하는 혐기성 미생물을 배양하는 단계;
(d) 상기 혐기성 미생물이 배양된 상기 유기성 폐기물을 다공성 담체가 충진되어 있는 혐기성 생물 반응조에 투입하는 단계; 및
(e) 상기 혐기성 생물 반응조에 수소 및 이산화탄소를 주입하고 주입된 가스들을 상기 혐기성 미생물에 의해 반응시킴으로써 메탄을 생산하는 단계를 포함하는 생물학적 메탄 제조방법을 제공한다.
본 발명의 한 구현예에 따르면, 상기 (d) 단계에서 상기 다공성 담체의 충진비는 상기 혐기성 생물 반응조 100부피%에 대하여 25 내지 45부피%이고, 상기 (e) 단계에서 수소:이산화탄소의 주입 몰비는 4.5:1 내지 5.5:1이다.
본 발명에 의하면, 유기성 폐기물을 이용하여 상온 및 상압에서 이산화탄소를 대량으로 저감함과 동시에 새로운 에너지원으로 사용가능한 메탄을 대량으로 생산할 수 있는 고효율의 생물학적 메탄 제조방법이 제공될 수 있다.
이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 생물학적 메탄 제조방법에 관하여 상세히 설명한다.
본 구현예에 따른 생물학적 메탄 제조방법은, 혐기성 미생물을 포함하는 유기성 폐기물을 채취하는 단계, 상기 채취된 유기성 폐기물에 불활성 가스, 수소와 이산화탄소의 혼합가스, 및 산소 제거제 중 적어도 1종을 주입함으로써 상기 유기성 폐기물 내에 포함되어 있는 용존 산소를 제거하는 단계, 상기 유기성 폐기물에 수소 및 이산화탄소를 주입함으로써 상기 유기성 폐기물로부터 이산화탄소를 유일 탄소원 및 유일 에너지원으로 사용하는 혐기성 미생물을 배양하는 단계, 상기 혐기성 미생물이 배양된 상기 유기성 폐기물을 다공성 담체가 충진되어 있는 혐기성 생물 반응조에 투입하는 단계, 및 상기 혐기성 생물 반응조에 수소 및 이산화탄소를 주입하고 주입된 가스들을 상기 혐기성 미생물에 의해 반응시킴으로써 메탄을 생산하는 단계를 포함한다.
이하, 본 구현예에 따른 생물학적 메탄 제조방법을 상세히 설명한다.
먼저, 하수 슬러지 또는 음식물 쓰레기 등의 유기성 폐기물을 채취한다. 이러한 유기성 폐기물에는 통상적으로 혐기성 미생물이 포함되어 있다.
다음에, 체취한 유기성 폐기물에 아르곤 또는 질소 등의 불활성 가스, 수소와 이산화탄소의 혼합가스, 및 산소 제거제 중 적어도 1종을 주입함으로써 상기 유기성 폐기물 내에 포함되어 있는 용존 산소를 제거한다. 여기서, 산소제거제 종류는 특별히 한정되지 않으며, 임의의 공지된 것이 사용될 수 있다.
그 다음에, 상기 유기성 폐기물에 수소 및 이산화탄소를 주입함으로써 상기 유기성 폐기물로부터 이산화탄소를 유일 탄소원 및 유일 에너지원으로 사용하는 혐기성 미생물을 배양한다. 이러한 혐기성 미생물의 배양은 3개월 이상 지속되는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이러한 배양시간은 의도하는 메탄 생산량에 따라 달라질 수 있다. 여기서, 배양된 혐기성 미생물은 아세테이트로부터 메탄을 생산하는 균주 군집이 아닌 이산화탄소로부터 메탄을 생산하는 하이드로제노트롭스 군집이다.
이하, 도 1을 참조하여 본 구현예에 따른 생물학적 메탄 제조방법을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 구현예에 따른 생물학적 메탄 제조방법을 적용하여 구성한 생물학적 메탄 제조장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 생물학적 메탄 제조장치(1)는, 수소 저장용기(10), 이산화탄소 저장용기(20), 가스 혼합기(30), 혐기성 생물 반응조(40), 다공성 담체(45), 가스크로마토그래피(50) 및 유량계(60)를 포함한다.
먼저, 상기 혐기성 미생물이 배양된 상기 유기성 폐기물을 다공성 담체(45)가 충진되어 있는 혐기성 생물 반응조(40)에 투입한다. 혐기성 생물 반응조(40)는 투명한 재질의 아크릴 수지, 파이렉스 또는 쿼츠(quartz) 등으로 형성되는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다공성 담체(45)로는 예를 들어 세라믹 볼이 사용될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다공성 담체(45)는 혐기성 미생물의 담체 역할 외에, 수소와 이산화탄소의 반응율 및 용존율을 향상시키는 역할을 한다. 다공성 담체(45)의 충진비는 혐기성 생물 반응조(40) 100부피%에 대하여 25 내지 45부피%인 것이 바람직하다. 상기 충진비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 메탄 생산량이 적어져서 바람직하지 않다.
다음에, 혐기성 생물 반응조(40)에 수소 및 이산화탄소를 주입하고 주입된 가스들을 상기 혐기성 미생물에 의해 반응시킴으로써 메탄을 생산한다. 구체적으로, 수소 및 산소는 유기성 폐기물에 함유되어 있는 수분에 용해된 후, 혐기성 미생물에 의해 서로 반응함으로써 메탄으로 전환되게 된다. 여기서, 수소:이산화탄소의 주입 몰비는 4.5:1 내지 5.5:1인 것이 바람직하다. 상기 주입 몰비가 4.5:1 미만인 경우에는 이산화탄소의 환원에 사용되는 수소의 양이 너무 적어 메탄 생산에 주는 영향이 적으므로 바람직하지 않으며, 5.5:1을 초과하는 경우에는 반응에 사용되는 이산화탄소의 양이 너무 적어 메탄 생산량이 적으므로 바람직하지 않다. 또한, 수소 및 이산화탄소는 수소 저장용기(10) 및 이산화탄소 저장용기(20)로부터 각각 개별적으로 혐기성 생물 반응조(40)에 주입될 수도 있고, 도 1에서와 같이 가스 혼합기(30)에서 혼합되어 혼합가스의 형태로 주입될 수도 있다. 여기서, 수소와 이산화탄소의 혼합가스의 최적 유량은 혐기성 생물 반응조(40)의 크기나, 다공성 담체(45)의 입자 크기 및 충진비에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
그 다음에, 혐기성 생물 반응조(40)에서 생산된 메탄, 부생산물, 및/또는 수소나 이산화탄소 등의 미반응 가스는 혐기성 생물 반응조(40)의 외부로 배출된다. 외부로 배출된 상기 가스들의 일부 또는 전부는 가스크로마토그래피(50) 및 유량계(60)를 각각 거침으로써 그 구성 성분이 분석되고 가스 유량이 측정될 수 있다. 또한, 배출된 가스들 중 이산화탄소는 별도의 분리장치(미도시)에서 분리되어 혐기성 생물 반응조(40)로 재주입될 수도 있다.
이하, 실시예들을 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1: 유기성 폐기물 채취, 혐기성 미생물 배양 및 배양된 혐기성 미생물의 종류 확인
유기성 폐기물을 채취하고, 채취 즉시 불활성 가스(아르곤 및 질소)를 사용하여 유기성 폐기물 내에 포함되어 있는 용존산소를 제거하였다. 이후, 하이드로제노트롭스 군집만을 특정적으로 배양시키기 위해 수소와 이산화탄소로 이루어진 혼합가스(수소:이산화탄소의 몰비=8:2)를 사용하여 3개월 동안 연속배양을 실시한 후 상기 유기성 폐기물을 도 1의 생물학적 메탄 제조장치(1)에 주입하였다. 본 실시예에서 혐기성 생물 반응조(40)로는 투명 아크릴 수지로 형성되고, 직경 10.5cm, 길 이 97cm의 크기를 갖는 반응조를 사용하였다. 다공성 담체(45)로는 부피 0.325 cm3, 밀도 1.8-2.0g/cm3, 및 표면적 2.23 m2/g인 세라믹 볼을 사용하였다. 수소 및 이산화탄소로 이루어진 혼합가스의 유량은 100ml/min로 하였다.
혐기성 생물 반응조(40)에 하이드로제노트롭스 군집만이 존재하는 지를 확인하기 위해, 임의로 수소와 이산화탄소를 몰비 기준으로 1:1로 혼합한 가스와 아세테이트를 혐기성 생물 반응조(40)에 주입한 다음, 메탄생산 특성을 살펴본 후 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 시간 경과에 따른 아세테이트의 농도 변화는 없었으며, 수소와 이산화탄소의 농도가 감소하면서 메탄의 양이 증가하였다. 이러한 결과로부터, 혐기성 미생물이 배양된 유기성 폐기물에는 하이드로제노트롭스 군집이 고농도로 존재하고 있다는 것을 알 수 있다. 이에 PCR-DGGE(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis)법을 사용하여 유기성 폐기물 중의 하이드로제노트롭스 군집을 직접적으로 살펴본 결과 하이드로제노트롭스 군집이 고농도로 배양되어 있음을 확인할 수 있었다.
실시예 2: 다공성 담체의 충진비에 따른 생물학적 메탄 생산 속도의 변화
실시예 1에서와 동일한, 배양된 유기성 폐기물, 혐기성 생물 반응조(40), 및 다공성 담체(45)를 사용하여 다공성 담체(45)의 충진비에 따른 메탄 생산 속도의 변화를 관찰하였다. 구체적으로, 혐기성 생물 반응조(40) 100부피%에 대하여 다공성 담체(45)의 충진비를 0부피%에서 100부피%까지 변화시켜 가면서 메탄 생산 속도를 측정하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 여기서, 수소 및 이산화탄소로 이루어 진 혼합가스의 유량은 100ml/min로 하였다.
도 3에 도시된 바와 같이, 혐기성 생물 반응조(40)의 100부피%에 대하여 다공성 담체(45)를 40부피% 충진한 경우에 메탄의 생산 속도가 가장 높았다. 특히, 다공성 담체(45)를 80부피% 이상 충진하는 경우에는 혐기성 생물 반응조(40) 외부에서 주입한 수소와 이산화탄소의 혼합 가스가 혐기성 생물 반응조(40) 내부에서 유동되지 않고 정체되거나 한 곳으로만 유동되는 현상을 보이면서 혐기성 생물 반응조(40) 내부에 투입된 유기성 폐기물이 부패되는 현상을 나타내었다. 이는, 다량의 다공성 담체(45)가 충진되면서 주입한 혼합가스의 흐름을 방해하기 때문인 것으로 판단된다.
실시예 3: 수소와 이산화탄소의 혼합비율에 따른 메탄 생산 속도 변화
실시예 1에서와 동일한, 배양된 유기성 폐기물, 혐기성 생물 반응조(40), 및 다공성 담체(45)를 사용하여 수소와 이산화탄소의 혼합비율에 따른 메탄 생산 속도의 변화를 측정하였다. 다공성 담체(45)의 충진비는 실시예 2의 결과를 반영하여 혐기성 생물 반응조(40) 100부피%에 대하여 40부피%로 하였다. 또한, 수소 및 이산화탄소로 이루어진 혼합가스의 유량은 모든 경우에 공히 100ml/min로 하였다.
몰비 기준으로 2:1에서부터 8:1까지 수소:이산화탄소의 혼합비율을 점진적으로 증가시켜가면서 시간 경과에 따른 메탄 생산 속도를 측정하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 수소와 이산화탄소를 5:1의 비율로 혼합하였을 때 메탄 생산 속도가 가장 높은 것을 알 수 있다. 화학양론적인 견지에서는, 수소: 이산화탄소의 혼합비율은 4:1이 최적이다. 그러나, 수소의 물에 대한 용해 도(solubility) 특성상 4:1보다 많은 양인 5:1의 비율이 최적 혼합비율이 되는 것으로 판단된다.
실시예 4: 최적 운전조건에서 시간 경과에 따른 누적 메탄 생산량 변화
실시예 1에서와 동일한, 배양된 유기성 폐기물, 혐기성 생물 반응조(40), 및 다공성 담체(45)를 사용하여 시간 경과에 따른 누적 메탄 생산량의 변화를 측정하였다. 다공성 담체(45)의 충진비는 실시예 2의 결과를 반영하여 혐기성 생물 반응조(40) 100부피%에 대하여 40부피%로 하였고, 수소와 이산화탄소의 혼합비율은 실시예 3의 결과를 반영하여 5:1로 하였다. 또한, 수소 및 이산화탄소로 이루어진 혼합가스의 유량은 100ml/min로 하였다. 혐기성 생물 반응조(40)의 온도는 37±1℃, pH는 6.8-7.0으로 조절하였다.
도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 유기성 폐기물에 고농도로 존재하고 있는 하이드로제노트롭스를 이용할 경우 혐기성 생물 반응조(40)에 있어서 운전 초기에는 주입한 이산화탄소가 출구로 일부 배출되지만, 운전 후기에는 출구로 이산화탄소가 배출되지 않고 메탄만 생산되어 배출되는 특성을 나타내었다. 즉, 운전 초기에는 주입한 수소와 이산화탄소의 혼합가스가 혐기성 생물 반응조(40)내에서 다량으로 반응하지 않고 상당량 그대로 배출되면서 메탄의 생산성이 낮았으나, 운전 후기로 갈수록 출구로 배출되는 수소와 이산화탄소의 양이 줄어들면서 다량의 메탄이 생산되는 것을 알 수 있다. 시간 경과에 따라 수소와 이산화탄소의 배출량이 줄어든다는 것은 혐기성 생물 반응조(40)내에서 하이드로제노트롭스 군집에 의해 이들 혼합가스가 반응하여 메탄 생산 능력이 우수해 진다는 것을 의미한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 생물학적 메탄 제조방법에 의하면, 유기성 폐기물을 이용하여 상온 및 상압에서 고효율로 다량의 메탄을 생산할 수 있다. 여기서, 상온이란 0-100℃의 낮은 온도 범위를 말한다. 또한, 본 발명에 따른 생물학적 메탄 제조방법은, 온실가스의 주범인 이산화탄소의 저감에 이용되어 혐기성 생물 공정을 통해 배가스(flue gas)에 포함된 이산화탄소를 효율적으로 제거할 수 있다.
이상에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 구현예에 따른 생물학적 메탄 제조방법을 적용하여 구성한 생물학적 메탄 제조장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 구현예에 따른 생물학적 메탄 제조방법에 있어서 혐기성 미생물의 배양 정도를 시간 경과에 따라 도시한 그래프이다.
도 3은 본 구현예에 따른 생물학적 메탄 제조방법에 있어서 다공성 담체의 충진비에 따라 메탄생산 속도를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 구현예에 따른 생물학적 메탄 제조방법에 있어서 수소와 이산화탄소의 주입 비율에 따른 메탄생산 속도를 시간 경과에 따라 도시한 그래프이다.
도 5는 본 구현예에 따른 생물학적 메탄 제조방법에 있어서 최적 운전 조건 적용시 누적 메탄 생산량 및 수소와 이산화탄소의 반응 특성을 시간 경과에 따라 도시한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 생물학적 메탄 제조장치 10: 수소 저장용기
20: 이산화탄소 저장용기 30: 가스 혼합기
40: 혐기성 생물 반응조 45: 다공성 담체
50: 가스크로마토그래피 60: 유량계

Claims (2)

  1. (a) 혐기성 미생물을 포함하는 유기성 폐기물을 채취하는 단계;
    (b) 상기 채취된 유기성 폐기물에 불활성 가스, 수소와 이산화탄소의 혼합가스, 및 산소 제거제 중 적어도 1종을 주입함으로써 상기 유기성 폐기물 내에 포함되어 있는 용존 산소를 제거하는 단계;
    (c) 상기 유기성 폐기물에 수소 및 이산화탄소를 주입함으로써 상기 유기성 폐기물로부터 이산화탄소를 유일 탄소원 및 유일 에너지원으로 사용하는 혐기성 미생물을 배양하는 단계;
    (d) 상기 혐기성 미생물이 배양된 상기 유기성 폐기물을 다공성 담체가 충진되어 있는 혐기성 생물 반응조에 투입하는 단계; 및
    (e) 상기 혐기성 생물 반응조에 수소 및 이산화탄소를 주입하고 주입된 가스들을 상기 혐기성 미생물에 의해 반응시킴으로써 메탄을 생산하는 단계를 포함하고,
    상기 (c) 단계에서 배양된 혐기성 미생물은 하이드로제노트롭스 군집이며,
    상기 (d) 단계에서 상기 다공성 담체의 충진비는 상기 혐기성 생물 반응조 100부피%에 대하여 25 내지 45부피%이고,
    상기 (e) 단계에서 수소:이산화탄소의 주입 몰비는 4.5:1 내지 5.5:1인 생물학적 메탄 제조방법.
  2. 삭제
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