KR101299115B1 - 입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법 및 그 방법으로 제조된 수소 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고온에서 혼합균주를 이용한 연속 발효에 의한 고속 수소생산방법에 관한 것이다. 본 발명은 방법은 미생물공급원을 고온 가열하여 수소 생성균을 포함하는 혼합균주를 얻는 단계; 상기 혼합균주를 연속 교반 탱크 반응기(Continuos Stirred Tank Reactor, CSTR)에서 배양하는 단계; 상기 배양하는 단계를 거친 혼합균주를 온도 조절이 가능한 팽창상 입상 슬러지층 반응기(Expanded Granular Sludge Bed digestion, EGSB)에 첨가하여 입상화하는 단계; 상기 입상화하는 단계를 거친 혼합균주를 포함하는 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 기질을 첨가하는 단계; 상기 기질을 첨가한 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 영양물질과 완충용액을 첨가하는 단계; 및 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기를 이용하여 발효반응을 수행하여 수소를 수득하는 단계를 포함하고, 상기 영양물질은 상기 입상화된 혼합균주의 입상 크기를 유지 또는 증가시키고, 상기 완충용액은 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기의 pH값을 5 내지 6으로 유지하고, 상기 온도 조절이 가능한 팽창상 입상 슬러지층 반응기의 반응온도는 50 내지 65℃로 유지한다. 본 발명의 입상으로 된 수소발효균 슬러지를 이용하는 팽창상 입상 슬러지층 반응기의 수소 생산방법은 내부순환을 통해 교반효과를 크게 하고 입상화된 혼합균주와 기질의 접촉을 증가시켜 반응기 내의 pH값을 일정하게 유지하므로, 수리학적 체류시간(HRT)을 지속적으로 낮추면서 수소생산속도를 극대화할 수 있다.

Description

입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법 및 그 방법으로 제조된 수소{Method for producing hydrogen gas using thermophilic granulated microorganism complex and hydrogen produced thereby}
본 발명은 고온에서 혼합균주를 이용한 연속 발효에 의한 고속 수소생산방법에 관한 것이다.
화석연료는 그 매장량이 제한되어 있고, 연소 시 일산화탄소, 이산화탄소, 황 및 질소 산화물 등의 온실가스 방출로 인해 지구 온난화를 유발시켜왔다. 따라서 화석연료를 대체할 수 있는 청정에너지원에 대한 연구가 활발히 진행 중이며, 그 중 수소에너지가 가장 크게 주목받고 있다. 수소는 연소 시 물만 생산하고 단위 질량당 가장 높은 에너지 효율을 나타내며, 연료전지를 통해 쉽게 전기로 변환될 수 있다는 장점이 있다.
현재까지 상용화된 수소제조기술은 주로 석유나 천연가스 등 화석연료를 열분해하거나 다른 화학공정의 부산물로 획득하는 방법이다. 이러한 수소제조기술은 온실가스 배출 등 환경 오염문제에 대한 근본적인 해결책이 되지 못하며 화석연료의 매장량 제한이라는 한계도 극복하지 못한다. 따라서 환경친화적인 태양광, 수력, 풍력, 미생물과 같은 청정기술을 이용하여 수소를 제조하는 방법이 연구되고 있으며, 특히 미생물을 이용하여 물이나 유기성 폐자원으로부터 수소를 제조하는 생물학적 수소 생산 방법이 주목받고 있다.
생물학적 수소생산방법은 화학공학적인 수소생산방법에 비해 상온, 상압 조건에서 조업이 이루어지기 때문에 에너지 소비가 적으며, 물이나 바이오 매스, 유기성 폐자원 등과 같은 재생 가능한 연료로부터 수소생산이 이루어지기 때문에 경제적이며 환경친화적이다. 생물학적인 방법은 크게 광합성 미생물을 이용하는 광 생물학적 수소생산 방법과 빛이 없는 조건에서 혐기성 발효로 수소를 생산하는 방법으로 나누어진다. 광 생물학적인 방법은 햇빛과 미생물을 이용하여 물을 광분해하여 수소를 얻는 방법으로 혐기 발효에 비해 더 많은 연구가 진행되었지만 높은 활성화 에너지가 필요하며, 수소생산 속도가 상당히 느린 편으로 에너지 효율이 상당히 낮다고 보고되고 있다.
이에 비해 혐기성 발효를 이용한 수소 생산 방법은 유기성 폐자원에서 쉽게 얻을 수 있는 자일로스, 녹말 등의 탄수화물을 분해하여 수소를 얻는다. 또한, 수소 생산 속도가 광 생물학적 방법에 비하여 상당히 빠르며, 광원을 필요로 하지 않아 밤과 낮 구별 없이 운전이 가능하다. 나아가, 작은 공간만 필요하므로 공간 활용성이 뛰어나다. 따라서 최근에는 혐기성 발효를 이용한 수소 생산 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
이때 수소를 생산하는 균은 클로스트리듐 속 균(Clostridium sp.)과 같은 산 생성 균으로서, 자일로스와 같은 탄소원을 이용하여 아세트산, 부티르산 등과 같은 산을 생성하며, 상기 산 생성시 수소를 방출하게 된다.
생물학적인 수소생산 공정을 통하여 생산된 수소가 연료전지와 같은 에너지 생산공정과 유기적으로 연결되어 의미있는 에너지 생산이 되기 위하여는 연료전지의 운전에 필요한 수소를 안정적으로 공급할 수 있어야 한다. 따라서 단위 반응기 부피당 수소 생산 수율을 증가시키는 일은 생물학적 수소 생산 공정이 실제 에너지 생산 공정과 유기적으로 운전하기 위해 해결해야 할 중요한 과제이다.
종래 생물학적 수소 생산을 통하여 수소 생산 수율을 증가하기 위한 방법으로는 대한민국 특허등록 제85423호에서 전처리로 분쇄 및 파쇄하고 고-액 분리한 액상의 유기성 폐기물을 변형 PYG 합성배지에서 종배양시킨 클로스트리듐 부티리컴(Clostridium butyricum) 균체가 장착된 혐기성 생물반응기에서 반응기 내 온도를 35 ~ 37℃, pH를 6 ~ 7로 유지하면서 혐기발효하여 수소를 생산하는 방법에 있어서, 상기 클로스트리듐 부티리컴의 종 배양이 50 ㎖의 병에 변형 PYG(Peptone-yeast extract-glucose) 배지를 40 ㎖까지 넣고, 클로스트리듐 부티리컴을 660 ㎚ 파장에서 흡광도가 0.1이 되도록 접종한 후, 시럼병을 완전 밀폐하고 아르곤으로 혐기 치환한 상태에서 35 ~ 37℃에서 혐기배양하는 과정을 2 ~ 3회 반복함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기화합물의 혐기발효에 의한 수소 생산방법을 개시하고 있다.
대한민국 등록특허 제442741호에서는 유기성 폐기물을 분쇄 및 파쇄하여 고-액 분리시키고 액상만을 혐기성 생물반응기로 보내는 전처리과정과, 상기 전처리된 액상 폐기물을 변형 PYG 합성배지에 클로스트리듐 부티리컴 균주를 투여하여 종 배양시킨 균주가 장착된 혐기성 생물반응기에 보내고, 반응기 내 온도를 35 ~ 37 ℃, pH를 6 ~7로 유지한 상태에서 혐기 발효시켜 수소를 포함하는 가스와 혐기발효폐수를 생산하는 혐기생물반응과, 상기 혐기생물반응 후 생성된 혐기발효폐수를 고-액 분리시켜 유기산이 함유된 액상만을 취하여 광합성 생물반응기로 보내는 분리과정과, 상기 액상 생성물에 함유된 유기산을 혐기 광합성 수소생산 세균을 광합성 생물 반응기에 장착하여 연속적으로 광 발효시켜 유기산으로 부터 다시 수소를 생산하는 광합성 생물반응으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 생물학적 반응에 의한 수소 생산방법이 개시되어 있다.
그러나 이들 방법은 일반적으로 연속 교반 탱크 반응기(continuos stirred tank reactor, CSTR)을 사용하기 때문에 수리학적 체류시간(Hydraulic Retention Time, HRT)이 짧을 경우 워시아웃(washout)에 의한 바이오매스의 소실이 쉽게 일어나므로 반응기 내의 바이오매스의 농도를 높게 유지하기 어렵다는 문제가 있다.
미생물을 입상화하여 침강속도를 높인 혐기성 입상슬러지 공법(Upflow Anaerobic Sludge Blanket, UASB) 반응조는 짧은 수리학적 체류시간 조건에도 운전이 가능하다. 이는 UASB 반응조의 수면상승속도에 비해 입상화된 슬러지의 침강속도가 상대적으로 크기 때문에 수리학적 체류시간을 고형물 체류시간(Solids Retention Time, SRT)보다 짧게 가져갈 수 있기 때문이다.
이와 같이 미생물을 입상화하여 수소생산을 하는 사례는 다수 보고되고 있으나, 대부분 30 내지 40℃ 중온조건에서 운전한 사례이다. 그러나 고온조건에서는 기질내에 함유된 다른 미생물에 의한 오염 등의 문제가 발생하고, UASB 반응조 내부에선 기계적 교반이 없기 때문에 반응기 높이에 따라 pH가 달라지는 문제점이 있으므로 이를 해결하기 위한 공정이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고온조건에서 고속으로 수소를 생산하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 혼합균주를 팽창상 입상 슬러지층 반응기에서 입상화하여 기질, 영양물질, 완충용액을 첨가하여 발효반응을 수행하면 고온조건에 고속 수소생산이 가능함을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 미생물공급원을 고온 가열하여 수소 생성균을 포함하는 혼합균주를 얻는 단계; 상기 혼합균주를 연속 교반 탱크 반응기(Continuos Stirred Tank Reactor, CSTR)에서 배양하는 단계; 상기 배양하는 단계를 거친 혼합균주를 온도 조절이 가능한 팽창상 입상 슬러지층 반응기(Expanded Granular Sludge Bed digestion, EGSB)에 첨가하여 입상화하는 단계; 상기 입상화하는 단계를 거친 혼합균주를 포함하는 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 기질을 첨가하는 단계; 상기 기질을 첨가한 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 영양물질과 완충용액을 첨가하는 단계; 및 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기를 이용하여 발효반응을 수행하여 수소를 수득하는 단계를 포함하고, 상기 영양물질은 상기 입상화된 혼합균주의 입상 크기를 유지 또는 증가시키고, 상기 완충용액은 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기의 pH값을 5 내지 6으로 유지하고, 상기 온도 조절이 가능한 팽창상 입상 슬러지층 반응기의 반응온도는 50 내지 65℃로 유지하는, 입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 미생물공급원은 소화조슬러지, 하수슬러지 또는 토양이고, 상기 고온 가열은 80 내지 120℃에서 20분 내지 1시간 가열하는, 입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 배양하는 단계는, 상기 연속 교반 탱크 반응기(Continuos Stirred Tank Reactor, CSTR)에서 7일 내지 14일 동안 수리학적 체류시간 5 내지 12시간 조건으로 운전하고, 상기 운전은 수크로스(sucrose) 농도 10-30 g/L, pH 5.0 내지 6.0, 교반회전수 50-200rpm인 조건에서 수행하는, 입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 수소 생성균은 클로스트리듐 속 균주인, 입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 온도 조절을 위한 장치는 Warming water jacket, Heating band, 또는 Warming steam pipe인, 입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 기질은 글루코오스, 자일로스, 설탕 또는 녹말을 포함하고, 상기 기질은 온도 조절 후 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 첨가되는, 입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 영양물질은 철(Fe), 칼슘(Ca), NH4Cl, MgSO4, KH2PO4, ZnCl2, MnCl2
Figure 112013055857367-pat00001
4H2O, COCl2
Figure 112013055857367-pat00002
6H2O 및 CuCl2
Figure 112013055857367-pat00003
2H2O를 포함하고, 상기 영양물질은 온도 조절 후 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 첨가되는, 입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 완충용액은 NaHCO3, NH4HCO3, KHCO3, 또는 Ca(HCO3)2을 포함하고, 상기 완충용액은 온도 조절 후 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 첨가되는, 입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 온도 조절을 위한 장치는 Warming water jacket, Heating band, 또는 Warming steam pipe인, 입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기는 상향류 속도(Upflow velocity) 2 내지 10m/hour로 내부 순환을 하는, 입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 수소를 수득하는 단계의 HRT는 1 내지 3시간, 기질농도 2 내지 4% 수크로스, 기질 내 완충용액 9 내지 13g/L NaHCO3인, 입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 방법에 따라 생산된 수소를 제공한다.
본 발명의 입상으로 된 수소발효균 슬러지를 이용하는 팽창상 입상 슬러지층 반응기의 수소 생산방법은 내부순환을 통해 교반효과를 크게 하고 입상화된 혼합균주와 기질의 접촉을 증가시켜 반응기 내의 pH값을 일정하게 유지하므로, 수리학적 체류시간(HRT)을 지속적으로 낮추면서 수소생산속도를 극대화할 수 있다.
도 1은 혼합균주를 연속 교반 탱크 반응기(Continuos Stirred Tank Reactor, CSTR)에서 배양한 뒤 미생물 분포를 분석한 결과이다.
도 2는 배양된 혼합균주를 사용한 본 발명의 팽창상 입상 슬러지층 반응기를 이용한 수소생산 결과와 상향류 혐기성 슬러지층 반응기(Upflow Anaerobic Sludge Blanket digestion, UASB)를 이용한 수소생산을 비교한 결과이다.
이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
수소 생성균을 포함하는 혼합균주는 소화조슬러지, 하수슬러지, 토양 등으로부터 획득한다. 본 발명의 일 구현예에서는, 상기 소화조 슬러지, 하수슬러지, 토양 등에 포함된 혼합균주를 80~120℃의 고온에서 20분~1시간 가열 후 얻는다. 주요 수소생산 균주인 클로스트리듐 속 균주(Clostridium sp.)는 내생 포자균이기 때문에 상기 고온조건에서도 살아남을 수 있다.
상기 가열 후 확보된 혼합균주를 연속 교반 탱크 반응기(Continuos Stirred Tank Reactor, CSTR)에서 7일 내지 14일 동안 수리학적 체류시간(HRT) 5 내지 12시간 조건으로 운전하여 배양한다. 이 때 공급되는 기질인 수크로스(sucrose) 농도는 10-30 g/L로, pH는 5.0-6.0으로, 교반회전수는 50-200 rpm으로 유지한다. 직접 팽창상 입상 슬러지층 반응기(Expanded Granular Sludge Bed digestion, EGSB)로 주입하지 않고, 연속 교반 탱크 반응기로 운전을 하는 이유는, 열처리 후 사멸된 미생물이 자연적으로 연속 교반 탱크 반응기 운전 중에 씻겨나가는 것(wash-out)을 유도하기 위한 것이다.
도 1에 상기 운전조건으로 혼합균주를 배양한 뒤 분석한 결과를 나타내었다. 미생물 중 수소 생성균은 Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, 비수소생성균은 유산 생성균으로 널리 알려진 Bacillus coagulans가 존재하였다.
상기 배양된 혼합균주를 온도 조절이 가능한 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 옮겨 배양을 계속하면서 수리학적 체류시간을 줄여나간다. 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기에서 혼합균주는 점차적으로 크기가 커지면서 입상(granule)화된다. 상기 온도 조절을 위한 장치는 Warming water jacket, Heating band, 또는 Warming steam pipe이며, 본 발명의 일 구현예에서 상기 온도는 50 내지 65℃로 유지한다.
상기 입상화하는 단계를 거친 혼합균주를 포함하는 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 기질, 영양물질과 완충용액을 첨가한다. 상기 영양물질은 상기 입상화된 혼합균주의 입상 크기를 유지 또는 증가시키고, 상기 완충용액은 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기의 pH값을 유지시킨다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 반응기의 pH값은 5 내지 6으로 유지하도록 한다. 또한 본 발명의 일 구현예에서 상기 온도 조절이 가능한 팽창상 입상 슬러지층 반응기의 반응온도는 50 내지 65℃로 유지한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 기질은 글루코오스, 자일로스, 설탕 또는 녹말을 포함하고, 상기 기질은 온도 조절 후 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 첨가된다. 상기 온도 조절을 위한 장치는 Warming water jacket, Heating band, 또는 Warming steam pipe이며, 본 발명의 일 구현예에서 상기 온도는 50 내지 65℃로 유지한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 영양물질은 철(Fe), 칼슘(Ca), NH4Cl, MgSO4, KH2PO4, ZnCl2, MnCl2
Figure 112013024039859-pat00004
4H2O, COCl2
Figure 112013024039859-pat00005
6H2O 및 CuCl2
Figure 112013024039859-pat00006
2H2O를 포함하고, 상기 영양물질은 온도 조절 후 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 첨가된다. 상기 온도 조절을 위한 장치는 Warming water jacket, Heating band, 또는 Warming steam pipe이며, 본 발명의 일 구현예에서 상기 온도는 50 내지 65℃로 유지한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 완충용액은 NaHCO3, NH4HCO3, KHCO3, 또는 Ca(HCO3)2을 포함하고, 상기 완충용액은 온도 조절 후 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 첨가된다. 상기 온도 조절을 위한 장치는 Warming water jacket, Heating band, 또는 Warming steam pipe이며, 본 발명의 일 구현예에서 상기 온도는 50 내지 65℃로 유지한다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기는 상향류 속도(Upflow velocity) 2 내지 10m/hour로 내부 순환을 하며, 이러한 내부순환을 통해 반응기 내의 교반효과를 증대시키고, 하부의 입상 혼합균주와 기질의 접촉도 증대시킨다. 교반효과 증대 및 혼합균주와 기질의 접촉 증대로 반응기 전체에 걸쳐 일정한 값의 pH값 유지가 가능하다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 수소를 수득하는 단계의 HRT는 1 내지 3시간, 기질농도 2 내지 4% 수크로스, 기질 내 완충용액 9 내지 13g/L NaHCO3이다. 상기 조건은 기질분해율과 수소전환율을 높여 수소생산속도를 고속화하는 것이 가능하다.
실시예: 입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산
도 2에 동일하게 배양된 혼합균주를 사용한 본 발명의 팽창상 입상 슬러지층 반응기를 이용한 수소 생산과 상향류 혐기성 슬러지층 반응기(Upflow Anaerobic Sludge Blanket digestion, UASB)를 이용한 수소생산을 비교한 결과를 나타내었다. 상기 연속 교반 탱크 반응기로 배양한 미생물을 UASB 반응기에 옮겨서 실험을 진행한 결과, HRT는 12시간에서 점차적으로 줄여 4시간까지 단축되었다. 혼합균주는 점차적으로 싸이즈가 커져서 입상화되었다. 그러나, 수소생산은 잘 이루어지지 않고 (수소전환율 1 mol H2/mol hexoseadded 이하), 도 2에 나타난 바와 같이 유산이 고농도로 생산됨을 알 수 있었다. 팽창상 입상 슬러지층 반응기는 높이와 폭의 비율을 10 내지 30 정도의 비율로 하여 연속 교반 탱크 반응기와는 달리 길다란 원통 형태로 만들어지게 되며 기질의 유입이 하단으로부터 유입되므로 상향류라 칭하고, 추가적인 기계적 교반이 없다. 이런 이유 때문에 기질내에 완충(buffer) 용액을 첨가하여 pH조절을 시도하였으나, 교반력이 약해 반응조 하부층은 pH가 높고, 상부로 갈수록 pH가 낮아졌다.
상기 pH값 불균일 문제를 해결하기 위해, 상기 상향류 혐기성 슬러지층 반응기를 내부순환(inner circulation) 기능이 있는 팽창상 입상 슬러지층 반응기로 전환시켰다. 이러한 내부순환 기능으로 도 2에 나타나듯이 반응조 전체에서 pH값이 일정하게 유지되었다. 상기 반응기에서 기질 농도 2.5 % Sucrose, HRT 1.98 시간, 상승속도 기준 4.0 m/h의 내부 순환 속도, 및 반응조 전체에 걸쳐서 pH를 5.0-6.0 범위에서 유지하기 위한 기질 내 중탄산염의 농도는 9-13 g NaHCO3/L 조건으로 수소를 생산하였다.
상기 조건에서 기질분해율은 95%였고, 수소 전환율은 2.4 mol H2/mol hexose added 수소 생산 속도는 3.4 L H2/L/hr였다.
상기 조건으로 생산된 수소는 화학공정, 연료전지용 또는 일반 연료용으로 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 소화조슬러지, 하수슬러지 또는 토양을 고온 가열하여 수소 생성균을 포함하는 혼합균주를 얻는 단계;
    상기 혼합균주를 연속 교반 탱크 반응기(Continuos Stirred Tank Reactor, CSTR)에서 배양하는 단계;
    상기 배양하는 단계를 거친 혼합균주를 온도 조절이 가능한 팽창상 입상 슬러지층 반응기(Expanded Granular Sludge Bed digestion, EGSB)에 첨가하여 입상화하는 단계;
    상기 입상화하는 단계를 거친 혼합균주를 포함하는 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 기질을 첨가하는 단계;
    상기 기질을 첨가한 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 영양물질과 완충용액을 첨가하는 단계; 및
    상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기를 이용하여 발효반응을 수행하여 수소를 수득하는 단계를 포함하고,
    상기 영양물질은 상기 입상화된 혼합균주의 입상 크기를 유지 또는 증가시키고, 상기 완충용액은 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기의 pH값을 5 내지 6으로 유지하고, 상기 온도 조절이 가능한 팽창상 입상 슬러지층 반응기의 반응온도는 50 내지 65℃로 유지하는,
    입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고온 가열은 80 내지 120℃에서 20분 내지 1시간 가열하는,
    입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법.
  3. 제 1항에 있어서
    상기 배양하는 단계는, 상기 연속 교반 탱크 반응기(Continuos Stirred Tank Reactor, CSTR)에서 7일 내지 14일 동안 수리학적 체류시간 5 내지 12시간 조건으로 운전하고,
    상기 운전은 수크로스(sucrose) 농도 10-30 g/L, pH 5.0 내지 6.0, 교반회전수 50-200rpm인 조건에서 수행하는,
    입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소 생성균은 클로스트리듐 속 균주인,
    입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 조절을 위한 장치는 Warming water jacket, Heating band, 또는 Warming steam pipe인,
    입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기질은 글루코오스, 자일로스, 설탕 또는 녹말을 포함하고,
    상기 기질은 온도 조절 후 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 첨가되는,
    입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 영양물질은 철(Fe), 칼슘(Ca), NH4Cl, MgSO4, KH2PO4, ZnCl2, MnCl2
    Figure 112013055857367-pat00007
    4H2O, COCl2
    Figure 112013055857367-pat00008
    6H2O 및 CuCl2
    Figure 112013055857367-pat00009
    2H2O를 포함하고,
    상기 영양물질은 온도 조절 후 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 첨가되는,
    입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 완충용액은 NaHCO3, NH4HCO3, KHCO3, 또는 Ca(HCO3)2을 포함하고,
    상기 완충용액은 온도 조절 후 상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기에 첨가되는,
    입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법.
  9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 조절을 위한 장치는 Warming water jacket, Heating band, 또는 Warming steam pipe인,
    입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 팽창상 입상 슬러지층 반응기는 상향류 속도(Upflow velocity) 2 내지 10m/hour로 내부 순환을 하는,
    입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 수소를 수득하는 단계의 HRT는 1 내지 3시간, 기질농도 2 내지 4% 수크로스, 기질 내 완충용액 9 내지 13g/L NaHCO3인,
    입상화된 고온 혼합균주를 이용한 고속 수소생산방법.

  12. 삭제
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