ABLE, UNIST
지구환경도시건설공학과 이창수
ABLE 연구실은 유기성 폐기물 및 폐수의 자원화와 에너지화, 그리고 환경오염 저감을 위한 혁신적 바이오공정 및 환경생명공학 기술 개발에 집중하고 있습니다. 본 연구실은 혐기성 소화, 바이오전기화학 시스템, 미생물 군집 제어 등 다양한 생물공정 기술을 융합하여, 폐기물로부터 바이오가스(메탄, 수소 등)와 같은 청정에너지를 생산하고, 동시에 환경오염물질을 효과적으로 제거하는 것을 목표로 하고 있습니다.
특히, 전도성 입상슬러지 및 마그네타이트 등 첨가제를 활용한 종간 직접전자전달(DIET) 촉진, 전기화학적 보조공정, 미생물 전해전지(MEC) 및 미생물 연료전지(MFC) 등 다양한 바이오전기화학 시스템을 접목하여 바이오가스화 효율을 극대화하고 있습니다. 또한, 머신러닝 기반의 공정 예측 및 최적화, 미생물 군집의 생태 및 기능 분석 등 첨단 융합기술을 적극적으로 도입하여 공정의 안정성과 신뢰성을 높이고 있습니다.
연구실은 바이오 기반 소재(생분해성 플라스틱, 미생물 단백질 등) 생산, 미세조류 및 미생물 군집을 이용한 영양염류(질소, 인 등) 회수 및 자원화, 아나목스(anammox) 기반 질소 제거, 전기화학적 영양염류 회수 등 다양한 자원순환형 기술 개발에도 주력하고 있습니다. 이를 통해 폐수 및 폐기물 내 유용 자원을 고부가가치 소재 및 비료로 전환하는 바이오리파이너리 개념을 실현하고 있습니다.
본 연구실은 실험실 연구를 넘어 파일럿 및 현장 적용, 산업체 및 지자체와의 협력, 특허 및 기술이전 등 실질적인 사회적·산업적 기여를 추구하고 있습니다. 다양한 국내외 연구과제와 산학협력, 국제학회 발표 및 논문 게재, 특허 출원 등 활발한 연구 활동을 통해 환경공학 및 바이오에너지 분야의 선도적 연구실로 자리매김하고 있습니다.
앞으로도 ABLE 연구실은 기후변화 대응, 자원순환, 에너지 전환 등 사회적 요구에 부응하는 혁신적 환경생명공학 기술 개발에 매진할 것이며, 지속가능한 미래사회를 위한 핵심 솔루션을 제시하는 데 앞장설 것입니다.
Wastewater Treatment
Biogas Production
Bioelectrochemical Systems
바이오에너지 및 바이오가스화 기술
본 연구실은 유기성 폐기물의 바이오에너지화, 특히 바이오가스(메탄, 수소 등) 생산을 위한 혐기성 소화 및 바이오전기화학 시스템 개발에 중점을 두고 있습니다. 다양한 유기성 폐기물(음식물, 가축분뇨, 산업폐수 등)을 활용하여 에너지 자원으로 전환하는 기술을 연구하며, 이를 통해 자원순환과 에너지 자립을 동시에 달성하는 것을 목표로 하고 있습니다. 최근에는 전도성 입상슬러지, 마그네타이트 등 첨가제를 활용한 종간 직접전자전달(DIET) 촉진, 전기화학적 보조공정, 미생물 전해전지(MEC) 및 미생물 연료전지(MFC) 등 다양한 바이오전기화학 시스템을 접목하여 바이오가스화 효율을 극대화하고 있습니다.
이러한 연구는 실험실 규모를 넘어 파일럿 및 현장 적용을 위한 공정 최적화, 다양한 폐기물 혼합비 및 전처리 기술(열수, 알칼리, 생물학적 전처리 등) 개발, 그리고 공정 안정성 및 회복탄력성 향상에 초점을 맞추고 있습니다. 특히, 전기적 영양공생 관계를 기반으로 한 미생물 군집의 구조와 기능을 심층적으로 분석하여, 미생물 생태계의 변화가 바이오가스 생산성과 직결됨을 규명하고 있습니다. 또한, 머신러닝 등 데이터 기반 예측 모델을 도입하여 공정의 효율성과 신뢰성을 높이고 있습니다.
이 연구는 기후변화 대응, 폐기물 자원화, 에너지 전환 등 사회적 요구에 부합하는 핵심 기술로, 국내외 다양한 산업체 및 지자체와의 협력을 통해 실질적인 기술 이전과 현장 적용을 추진하고 있습니다. 앞으로도 바이오에너지 생산의 경제성, 환경성, 지속가능성을 동시에 만족시키는 혁신적 기술 개발에 매진할 계획입니다.
바이오 기반 소재 및 영양염류 회수
연구실은 유기성 폐기물 및 폐수로부터 바이오 기반 소재(생분해성 플라스틱, 미생물 단백질 등)와 영양염류(질소, 인 등) 회수 및 자원화 기술 개발에도 선도적인 역할을 하고 있습니다. 미세조류 및 미생물 군집을 이용한 영양염류 제거 및 바이오매스 생산, 아나목스(anammox) 기반 질소 제거, 전기화학적 영양염류 회수 등 다양한 접근법을 통해 폐수 내 영양염류를 고부가가치 자원으로 전환하는 연구를 수행하고 있습니다.
특히, 미생물 전기화학 시스템을 활용한 소변 및 폐수 내 암모니아 회수, 바이오가스 업그레이드와 연계한 비료물질 생산, 미세조류를 이용한 바이오가스 정제 및 바이오매스 생산 등 융합적 기술 개발에 주력하고 있습니다. 또한, 미생물 단백질 및 생분해성 플라스틱 생산을 위한 미생물 군집의 최적화, 바이오리파이너리 개념을 적용한 다단계 자원화 공정 설계 등도 주요 연구 주제입니다.
이러한 연구는 환경오염 저감과 동시에 자원순환형 사회 실현에 기여할 수 있는 핵심 기술로, 실제 하수처리장, 산업폐수처리장 등 다양한 현장에 적용 가능한 솔루션을 제시하고 있습니다. 앞으로도 바이오 기반 소재 및 영양염류 회수 기술의 상용화와 실질적 환경·경제적 효과 창출을 위해 지속적으로 연구를 확대해 나갈 예정입니다.
1
Residual ammonia shapes nitrite-oxidizing activity and microbial spatial dynamics in gel-immobilized anammox biomass under mainstream conditions
H Choi, J Park, D Kim, M Oshiki, S Okabe, C Lee
Chemical Engineering Journal, 2025
2
MOF-derived CoSx as a bifunctional electrocatalyst for efficient sulfide oxidation and coupled ammonia synthesis
K Baek, T Li, C Lee, W Li, K Kim
Green Chemistry, 2025
3
Potential of anaerobic co-digestion for treating organic wastewaters from semiconductor and electronics industries: effects of mixing ratio and magnetite supplementation
H Choi, J Kim, D Kim, C Lee
Journal of Environmental Chemical Engineering, 2025
1
고농도 유기계 산업폐수 기반 그린 연료가스화 기술개발
3
전도성 입상슬러지를 이용한 고율 혐기소화 및 in-situ 바이오가스 고질화 기술 연구