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산화전극이 내부에 위치하고, 전기분해를 통해 전자 및 수소이온(H+)이 생성되는 산화전극 챔버(양극 챔버)(anode chamber);미생물이 접종된 환원전극이 내부에 위치하고, 불활성기체가 연속적으로 공급되어 상기 환원전극에 환원전위를 인가되는 환원전극 챔버(음극 챔버)(cathode chamber);상기 산화전극 챔버에서 생성된 수소이온(H+)을 상기 환원전극 챔버로 전달하기 위해 상기 산화전극 챔버와 환원전극 챔버 사이에 위치한 이온교환막; 및상기 산화전극 및 환원전극의 외부 회로를 통해 연결되어 상기 산화전극 챔버 및 환원전극 챔버에 전원을 공급하고, 상기 환원전극에 환원전위 또는 환원전류를 인가하는 전기공급장치;를 포함하고,상기 산화전극 챔버 및 환원전극 챔버는 상기 불활성기체 또는 C1 가스가 연속적으로 공급되어 절대혐기성 조건으로 유지되며,상기 불활성기체는 질소 또는 아르곤 가스이고, 상기 C1 가스는 일산화탄소, 이산화탄소 또는 이의 혼합 기체인 것을 특징으로 하는 생물학적 C1 가스 전환 공정을 위한 생물전기화학반응기
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제1항에 있어서,상기 산화전극 챔버 또는 환원전극 챔버는, 상기 불활성기체 또는 C1 가스를 상기 산화전극 챔버 및 환원전극 챔버 내부에 공급하기 위한 가스공급부; 상기 가스공부에 의해 공급된 가스를 상기 산화전극 챔버 및 환원전극 챔버 내부에 주입하기 위한 가스주입구;상기 가스주입구를 통해 공급된 가스 또는 전기분해로 인해 생성된 기체 또는 가스를 배출하기 위한 가스배출구; 및상기 가스공급부를 통해 공급된 불활성기체에 존재하는 미량의 산소를 제거하기 위한 산소제거트랩;을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 생물전기화학반응기
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제1항에 있어서,상기 환원전극에 접종된 미생물은 순수미생물 또는 복합미생물이고,상기 미생물은 상기 환원전극을 통해 전자를 전달받아 반응하여 휘발산을 생성하고,상기 휘발산은 아세트산(acetate), 부틸산(butyrate), 이소부틸산(iso-butyrate), 프로피온산(propionate), 카프론산(caproate), 발레릭산(valerate), 이소발레릭산(iso-valerate) 또는 이의 염인 것을 특징으로 하는 생물전기화학반응기
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제1항에 있어서,상기 산화전극 챔버에서 환원전극 챔버로 이동된 전자 및 수소이온은 전자전달 매개체를 통해 상기 환원전극 챔버의 미생물에 전달되고,상기 전자전달 매개체는 Neutral Red, Methyl Viologen, Methyl Benzyl, 2,6-Anthraquinone, 2-Hydroxy-1,4-naphthoquinone (HNQ) 또는 Hydroquinone인 것을 특징으로 하는 생물전기화학반응기
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제1항에 있어서,상기 산화전극 또는 환원전극은 스펀지 형태(Carbon felt), 브러쉬 형태(carbon brush) 또는 입자형태(carbon granule)의 탄소 재료, 금속 재료 또는 고분자 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 생물전기화학반응기
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제1항에 있어서,상기 이온교환막은 수소이온교환막, 양이온교환막, 음이온교확막, 양극막(bipolar membrane) 또는 세라믹 분리막인 것을 특징으로 하는 생물전기화학반응기
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제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 상기 생물전기화학반응기의 환원전극에 미생물을 접종하는 제1 단계;상기 생물전기화학반응기의 산화전극 챔버 및 환원전극 챔버에 상기 불활성기체 또는 C1 가스가 연속적으로 공급되어 절대혐기성 조건으로 유지시키는 제2 단계; 및상기 생물전기화학반응기에 전기를 부가하여 C1 가스 전환 공정이 수행되는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물전기화학반응기를 이용한 생물학적 C1 가스 전환 공정방법
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제7항에 있어서,상기 제1 단계에 이용된 미생물은 순수미생물 또는 복합미생물이고,상기 미생물은,배양액에 0가 철 입자(zero valent iron, ZVI)를 첨가하여 이물질 또는 불순물이 제거된 순수 단일 미생물로 분리시키는 단계;를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 공정방법
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