• 한국해양학회지:바다
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• 제19권2호
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• pp.147-154
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• 2014

해양 환경에서 세균은 다양한 생지화학적 순환에 있어서 중요한 역할을 수행하고 있으며, 그들의 다양성에 대한 정보는 생태계에서 세균의 생지화학적 기능을 이해하는데 중요하다. 본 연구는 $CO_2$ 해양지중저장의 후보지인 동해 남부해역의 표층 퇴적물과 퇴적물 위의 저층 해수에서 최신 연구 기법인 pyrosequencing을 통하여 세균의 계절적 다양성을 분석함으로써, 동해 퇴적물 세균상의 특성을 이해하고자 하였다. 퇴적물에서는 대부분의 시기에 Gammaproteobacteria가 우점한 반면, 저층 해수에서는 Alphaproteobacteria가 우점하여 두 서식처에서 세균의 다양성은 큰 차이를 보였다. 또한 속 수준의 다양성 분석에서도 저층 해수에서는 대부분의 시기에 SAR11 그룹에 속하는 Pelagibacter가 가장 우점한 반면, 퇴적물 시료에서는 Gammaproteobacteria에 속하는 미동정 속이 가장 우점하였다. 그러나 두 서식처 모두에서 5% 이상의 점유율을 보인 속의 수는 10 속 미만으로 소수였으며, 낮은 점유율을 갖는 많은 종류의 세균들이 군집 내에 공존하는 공통적인 특성이 나타났다. 본 연구의 세균 다양성 연구는 동해 저층 해수 및 퇴적물의 세균 다양성에 대한 특성의 이해와 더불어 $CO_2$ 해양지중저장 사업의 진행에 따른 세균의 다양성 및 기능 변화에 대한 사전 자료 및 해역이용영향평가 배경 자료로 활용될 수 있을 것이다.

• Journal of Ecology and Environment
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• 제41권12호
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• pp.336-344
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• 2017

Background: Because of climate change, interest in the development of carbon pools has increased. In agricultural ecosystems, which can be more intensively managed than forests, measures to control carbon dioxide ($CO_2$) emission and absorption levels can be applied relatively easily. However, crop residues may be released into the atmosphere by decomposition or combustion. If we can develop scientific management techniques that enable these residues to be stocked on farmland, then it would be possible to convert farmlands from carbon emission sources to carbon pools. We analyzed and investigated soil respiration (Rs) rate characteristics according to input of carbonized residue of red peppers (Capsicum annuum L.), a widely grown crop in Korea, as a technique for increasing farmland carbon stock. Results: Rs rate in the carbonized biomass (CB) section was $226.7mg\;CO_2\;m^{-2}h^{-1}$, which was 18.1% lower than the $276.9mg\;CO_2\;m^{-2}h^{-1}$ from the red pepper residue biomass (RB) section. The Rs rate of the control was $184.1mg\;CO_2\;m^{-2}h^{-1}$. In the following year, Rs in the CB section was $204.0mg\;CO_2\;m{-2}h^{-1}$, which was 38.2% lower than the $330.1mg\;CO_2\;m^{-2}h^{-1}$ from the RB section; the control emitted $198.6mg\;CO_2\;m^{-2}h^{-1}$. Correlation between Rs and soil temperature ((Ts) at a depth of 5 cm) was $R^2=0.51$ in the RB section, which was higher than the other experimental sections. A comparison of annual decomposition rates between RB and CB showed a large difference, 41.4 and 9.7%, respectively. The results showed that carbonization of red pepper residues reduced the rates of decomposition and Rs. Conclusions: The present study confirmed that the Rs rate can be reduced by carbonization of residue biomass and putting it in the soil and that the Rs rate and Ts (5 cm) were positively correlated. Based on the results, it was determined that approximately $1.2t\;C\;ha^{-1}$ were sequestered in the soil in the first year and $3.0t\;C\;ha^{-1}$ were stored the following year. Therefore, approximately $1.5t\;C\;ha^{-1}year^{-1}$ are expected to be stocked in the soil, making it possible to develop farmlands into carbon pools.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제18권2호
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• pp.94-101
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• 2015

$CO_2$ 배출을 줄이기 위해서 최근 $CO_2$ 포집 및 저장 기술에 관한 연구가 전세계적으로 활발히 진행되고 있다. 국내에서는 해양퇴적층을 대상으로 한 $CO_2$ 저장 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 $CO_2$ 저장 연구에서 가장 중요한 요소 중 하나는 안전성 확보이다. 지중저장의 안전성 확보를 위해서 저장 $CO_2$의 누출 가능성과 누출 특성을 예측하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 해양지중에 저장된 $CO_2$가 단층을 통하여 누출될 수 있는 시나리오를 가정한 후, 지중공간 내 $CO_2$ 확산 및 누출 거동을 TOUGH2-MP ECO2N을 사용하여 시뮬레이션 하였다. 대상 저장지는 150 m 수심의 대륙붕 해저 825 m 지점에 있는 두께 150 m의 대염수층이고, 누출이 진행되는 경로는 주입정에서 1,000 m 떨어진 단층이다. 저장된 $CO_2$는 주입 압력과 밀도차에 의한 부력에 의해서 이동하게 된다. $CO_2$가 해수면으로 누출되기 위해서는 주입정에서 인가된 압력차가 $CO_2$를 단층 하단에 도달할 수 있게 할 만큼 충분히 커야 한다. 단층 하단에 도달한 $CO_2$는 추가적인 압력 구배가 없어도 부력에 의해서 누출된다. $CO_2$ 주입과 동시에 공극수는 $CO_2$가 누출되기 전까지 지속적으로 해저면으로 누출된다. $CO_2$가 해저면에 도착하면 공극수의 누출은 중단되고, 누출되는 $CO_2$질량에 상응하는 해수가 부력의 반대 작용으로 인해 단층으로 유입되는 것으로 계산되었다. 주입량이 누출에 미치는 영향을 평가하기 위하여 연간 $CO_2$ 주입량 100만 톤, 75만 톤, 50만 톤 에 대한 민감도분석을 수행하였으며, 누출이 일어난 시점은 주입 후 각각 11.3 년, 15.6년, 23.2년으로 계산되었다. 또한, 주입이 종료 된 이후에도 누출은 특정 기간 동안 지속되는 것으로 계산되었다. 누적 주입량 대비 누적 누출량은 연간 $CO_2$ 주입량이 100만 톤, 75만 톤, 50만 톤인 경우, 각각 19.5%, 11.5%, 2.8% 이다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권5호
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• pp.590-596
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• 2015

본 연구에서는 다양한 $CO_2$ 재활용 기술 중 경제성 및 $CO_2$ 감축량 효과가 큰 것으로 평가되는 $CO_2$ 활용 중탄산나트륨 제조기술 대상으로 상용 플랜트 운영시 전체 $CO_2$ 감축량을 산정하고자 하였다. 상기 $CO_2$ 재활용 기술은 발전소 배가스 중에 포함된 $CO_2$의 탄산화 반응을 통해 상업적으로 유용한 중탄산나트륨을 제조하는 기술로서 현재 한국동서 발전의 지원을 받아 한전 전력연구원에서 연구개발 진행 중이다(기술개발 사업명: NCCU, Non-Capture $CO_2$ Utilization). 본 기술의 $CO_2$ 감축량 산정을 위해 하루 100톤 $CO_2$ 처리 규모(연간 36,500톤 $CO_2$ 처리 가능, 발전 용량 기준 5 MW급)의 상용급 플랜트를 대상으로 공정모사 프로그램(PRO/II 9.1)을 활용한 열 및 물질 수지 분석을 수행하였으며 특히 종래 유사기술과의 비교를 통한 간접 $CO_2$ 감축량 산정을 위해 탄산나트륨 및 중탄산나트륨 등의 제조를 위한 대표적 기술인 Solvay 공정과의 에너지 사용량을 비교 분석하였다. 분석 결과 종래 Solvay 공정은 단위 중탄산나트륨 생산을 위한 에너지 사용량이 약 $7.4GJ/tNaHCO_3$으로 이를 해당 에너지를 얻기 위해 필요한 석탄 사용량 및 $CO_2$ 발생량으로 환산시 연간 약 48,862 톤 $CO_2$에 해당 된다. 반면 발전소 배가스 중에 포함된 $CO_2$를 활용한 중탄산나트륨 제조공정의 경우 탄산화 반응에 의한 $CO_2$ 직접 포집분(연간 약 36,500 톤)과 동일 화합물 생산을 위한 종래 공정(Solvay) 대비 낮은 에너지 사용량에 따른 간접적인 $CO_2$ 저감량(연간 약 46,885 톤) 효과로 전체 $CO_2$ 감축량은 약 83,385톤으로 산정되었다. 상기 분석을 통해 본 논문의 $CO_2$ 활용 중탄산나트륨 제조기술은 제품 판매에 따른 경제적 효과뿐만 아니라 종래 공정에 비해 낮은 에너지 사용으로 $CO_2$ 저감효과가 매우 높아 대규모 $CO_2$ 저장 공간이 필요한 CCS(Carbon Capture & Sequestration) 기술의 대안기술로서 유망한 것으로 분석되었다.

• 유기물자원화
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• 제23권3호
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• pp.85-92
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• 2015

기후변화 문제와 관련하여 탄소 격리와 토양 유기물의 중요성에 대한 관심이 증가하고 있다. 토양 탄소 격리를 산정하기 위해서는 물 추출 토양 유기탄소(WESOC)와 토양 호흡에 의해 이산화탄소로 배출되는 탄소량과 같은 토양 유기탄소를 분석하는 것이 중요하다. 이러한 성분의 분석에는 시간이 많이 소요된다. 따라서 본 연구에서는 분석시간이 짧게 소요되는 중적외선분광분석법으로 물 추출 유기탄소와 토양 호흡에 의한 이산화탄소량을 분석할 수 있는 가능성을 알아보았다. 토양을 $100^{\circ}C$와 $350^{\circ}C$ 건조오븐에서 처리하고 중적외선분광계로 분석하여 WESOC와 30일, 60일, 90일, 120일 간 토양호흡에 의해 발생하는 이산화탄소량과의 상관을 분석하였다. 물 추출 토양 유기탄소에 대한 예측 모델에서는 표준 일반 변수화(SNV) 전처리를 통해 0.6937의 결정 계수를 보였고 30일간의 토양 호흡 발생 이산화탄소 예측 모델에서는 $350^{\circ}C$ 건조 토양에 대해 1차 도함수 전처리를 통해 0.8933의 결정 계수를 보여 중적외선분광분석법을 사용하여 토양 중 유기탄소의 분획별 정량에 사용할 수 있는 가능성을 보였다.

• 한국토양비료학회지
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• 제40권4호
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• pp.292-297
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• 2007

이산화탄소 등 온실가스의 농도 증가로 인한 지구온난화 에 따른 기후의 변화 및 환경적 영향이 증가하고 있으며 토양내 유기탄소의 축적을 통해 대기 중 이산화탄소등 온실 가스의 감축을 효과적으로 제어할 수 있는 방법들이 연구되어 보고되고 있으나, 우리나라의 논의 경우에는 토양유기탄소의 토양 축적에 관한 연구가 매우 적게 보고되고 있다. 따라서 우리나라 주요 경지 이용형태인 논에 대해서도 토양중 탄소를 축적할 수 있는 토양관리 방법의 연구가 매우 필요하게 되었다. 본 연구는 농촌진흥청 농업과학기술원 동일비료 및 개량제 처리 장기시험 포장에서 퇴비, NPK 비료, 석회, 및 규산등의 처리구별 토양유기탄소의 동태를 분석하였다. 연구결과 인산, 칼리 및 석회의 시용은 장기간 시용한 이후에 처리한 구에서 미처리구에서 보다 토양유기탄소의 함량이 높게 나타났다. 한편 퇴비 시용구의 경우 퇴비 미시용구에서 보다 퇴비 시용구에서 토양유기탄소의 함량이 지속적으로 증가하는 것으로 나타났으며 시간이 지날수록 유기탄소축적비율도 증가하는 것으로 나타났다. 결론적으로 단일 논 작부체계하에서 장기간 지속적인 퇴비의 시용 결과 토양 중 유기탄소의 효과적인 축적이 이루어 졌다. 따라서 우리나라 논에서 중 유기탄소의 축적을 위하여 퇴비의 지속적인 시용을 제안하고자 한다.

• 자원리싸이클링
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• 제26권1호
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• pp.37-42
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• 2017

이산화탄소 저감을 위한 유효한 방법 중의 하나로 칼슘규산염 광물의 간접탄산염화 공정이 보고되고 있다. 이 공정은 염산, 질산 등의 산에 의하여 칼슘규산염으로부터 칼슘성분을 침출하는 단계와 이산화탄소에 의한 침출용액의 탄산염화 단계의 두 과정으로 구성된다. 침출용매로 초산수용액을 사용하는 경우에는 침출용액을 이산화탄소로 탄산염화 하는 과정에서 초산이 재생성 되어 침출단계로 순환되어 침출용매로 재사용될 수 있다. 제철 및 제강슬래그와 같은 산업부산물은 칼슘규산염을 많이 함유하고 있어 간접탄산염화공정의 원료로 사용될 수 있다. 본 연구에서는 초산수용액에 의한 국내 전기로제강슬래그의 침출효율을 조사하기 위하여, 초산수용액 농도, 침출온도 및 침출시간 등의 침출조건 변화에 따른 침출실험을 수행하였다.

• Molecules and Cells
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• 제42권6호
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• pp.460-469
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• 2019

Bacterial ${\alpha}-type$ carbonic anhydrase (${\alpha}-CA$) is a zinc metalloenzyme that catalyzes the reversible and extremely rapid interconversion of carbon dioxide to bicarbonate. In this study, we report the first crystal structure of a hyperthermostable ${\alpha}-CA$ from Persephonella marina EX-H1 (pmCA) in the absence and presence of competitive inhibitor, acetazolamide. The structure reveals a compactly folded pmCA homodimer in which each monomer consists of a 10-stranded ${\beta}-sheet$ in the center. The catalytic zinc ion is coordinated by three highly conserved histidine residues with an exchangeable fourth ligand (a water molecule, a bicarbonate anion, or the sulfonamide group of acetazolamide). Together with an intramolecular disulfide bond, extensive interfacial networks of hydrogen bonds, ionic and hydrophobic interactions stabilize the dimeric structure and are likely responsible for the high thermal stability. We also identified novel binding sites for calcium ions at the crystallographic interface, which serve as molecular glue linking negatively charged and otherwise repulsive surfaces. Furthermore, this large negatively charged patch appears to further increase the thermostability at alkaline pH range via favorable charge-charge interactions between pmCA and solvent molecules. These findings may assist development of novel ${\alpha}-CAs$ with improved thermal and/or alkaline stability for applications such as $CO_2$ capture and sequestration.

• ALGAE
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• 제21권3호
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• pp.333-341
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• 2006

The productivities of Chlorella ovalis and Dunaliella parva were influenced by the rates of medium compositions obtained from the fermented animal wastewater (BM: bacteria mineral water) including a natural substitute chelator for EDTA (etylenediaminetetraacetic acid). The most favorable medium was -E+50 adding 50% BM in f/2 medium instead of EDTA, a chemical chelator, which increased more 19-fold of cell density in C. ovalis and 7-fold in D. parva than cells cultured on f/2 medium as well as the enhancements of chlorophyll a (f/2-E: 0.26 g L–1, -E+50: 1.5 g L–1 in C. ovalis; f/2-E: 2.7 g L–1, -E+50: 15 g L–1 in D. parva) and the increase of maximal PSII quantum yields. These results were verified that the BM could play an important part as a natural chelator substituted for EDTA. In the fields of biotechnology, food organisms in fishery and eco-industries of CO2 sequestration in air and nutrient removal in water, the natural chelator of BM could be applied to enhance the biomass of the other microalgae.

• 지질공학
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• 제28권2호
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• pp.133-160
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• 2018

신기후체제 출범 이후 온실가스 감축목표 달성을 위한 대규모 $CO_2$ 직접 감축의 거의 유일한 방안으로 알려져 있는 대용량 $CO_2$ 지중저장의 중요성이 강조되고 있다. 포항 분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증사업은 대규모 $CO_2$ 저장 사업에 필요한 핵심 기술을 우선적으로 확보하기 위해 추진하고 있는 연구개발 사업이다. 국내 저장 실증을 위한 $CO_2$ 저장소 확보를 위해 2010년부터 3년간 육상-연안 $CO_2$ 저장소 탐사 연구 과제를 수행하여, 한반도 동남부 육상 및 연안에 걸쳐 발달하고 있는 포항분지를 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 후보지역으로 선정한 바 있다. 2013년부터는 포항분지 해상 지층을 대상으로 저장소 탐사, 탐사시추, 저장소 특성화, 저장 설계, 플랫폼 설계 및 설치, 주입공 시추 및 완결, 주입설비 설치, 주입 및 모니터링 등의 개별 기술 개발을 수행하였으며, 2017년 초 국내 기술력을 기반으로 해저 실증 저장소에 국내 최초로 $CO_2$ 시험주입 실증에 성공하였다. 향후에는 $CO_2$ 저장소 연속 운전 실증을 위한 수송체계 구축과 저장소 운영체계 확립 연구를 진행할 계획이다. 안전하고 효율적인 저장소 운영을 위해 상시 주입 모니터링 및 정기적인 거동 누출 환경 모니터링을 수행할 계획이며, 이를 위한 주입 전 모니터링을 완수하고 모니터링 체계를 구축하였다. 포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구를 통해 국내 대규모 CCS 통합실증 및 상용화 사업에 필요한 핵심적 $CO_2$ 저장 기술을 자립화 하였고, 성공적인 시험 주입으로 대규모 $CO_2$ 지중저장 사업의 기술적 경험적 기초를 확보하였다. 또한 본 연구 사업은 국제적으로 점차 확대되고 있는 $CO_2$ 지중저장 기술 시장에서 우리나라의 기술 경쟁력을 확보하는데 기여할 것으로 기대된다.