• Proceedings of the Korean Society for Applied Microbiology Conference
• /
• 1979.10a
• /
• pp.240.2-241
• /
• 1979

이태리의 Volta(1776)가 식물성 유기물을 혐기성으로 처리하면 메탄가스가 발생된다는 사실을 발견한 이래 많은 연구자들이 메탄가스에 관심을 가졌으며 1896년 영국의 Exeter에서는 분뇨의 메탄가스로 처음 가로등을 설치하였다. 그 후 메탄가스를 이용하기 위한 여러가지의 연구와 이용시설이 개발되어 양차 세계대전중에는 연료난에 직면한 독일, 영국 불란서의 농민들은 인축분뇨로 메탄가스를 생산하여 연료 및 전기, 자동차 및 트럭타의 연료로 사용하였고 특히 독일은 당시 유럽의 메탄가스연구의 중심지였다. 그러나 종전후에는 전후의 평화와 아랍국가들의 oil boom으로 대체에너지로서의 메탄가스이용 연구는 한때 관심이 적었으나 메탄발효(혐기성발효)는 에너지를 생산할 뿐만아니라 분뇨, 도시의 오수 및 공장폐수의 공해처리와 폐자원의 활용면에서 오늘날 메탄가스의 이용연구는 세계적으로 열을 올리고 있는 연구분야이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.06a
• /
• pp.218.1-218.1
• /
• 2010

천연가스를 대체하며 21세기 신 에너지원으로 기대되고 있는 메탄 하이드레이트가 주목을 받게된 것은 1930년대 시베리아의 화학 플랜트에서 고압의 천연가스 수송용 파이프라인이 막히는 사고가 빈번하게 발생하여 그 원인을 조사한 결과, 파이프 내에서 가스와 물이 결합하여 하이드레이트를 형성하고, 그것이 파이프의 내벽에 부착되어 파이프를 막고 있다는 것으로 밝혀지면서 천연가스 하이드레이트가 주목을 받게 되었다. 또한 메탄 하이드레이트의 경우 46개의 물분자에 8개의 메탄가스 분자가 포획된 구조로, 그 분자식은 $CH_4{\cdot}5.75H_2O$이다. 따라서 메탄가스와 물의 이론적 용량비가 216:1로써, 표준상태에서 $1m^3$의 메탄 하이드레이트는 $172m^3$의 메탄가스와 $0.8m^3$의 물로 분해된다. 만약 이와 같은 특징을 역으로 이용할 경우 메탄을 주성분으로 하는 천연가스를 물에 포집시켜 인공적으로 하이드레이트를 제조할 수 있기 때문에 천연가스 수송 및 저장의 수단으로써 그 중요성이 커지고 있으며, 액화수송보다 18-24%의 비용절감이 이루어진다고 보고하였다. 그러나 인공적으로 메탄 하이드레이트를 제조할 경우 가스 포집율의 예측이 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 동일한 조건에서 메탄 하이드레이트 형성의 반복성 실험을 10회 수행한 결과 과냉도가 클수록 최대최소차이가 줄었고 또한 교반을 시킬 경우도 최대최소차이가 줄어 들었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2009.06a
• /
• pp.699-702
• /
• 2009

가스하이드레이트(Gas Hydrate)는 특정한 온도와 압력조건하에서 물분자로 이루어진 공동 내로 메탄, 에탄, 프로판 등의 가스가 들어가 물분자와 상호 물리적 결합으로 형성된 외관상 얼음과 비슷한 고체 포유물로 자연상태에 존재하는 하이드레이트의 주 성분이 메탄(Methane)인 경우가 대부분인 까닭에 메탄 하이드레이트라고도 불린다. 표준상태에서 $1m^3$의 메탄하이드레이트는 $172m^3$의 메탄가스와 $0.8m^3$의 물로 분해된다. 그러나 메탄 하이드레이트를 인공적으로 만들경우 물과 가스의 반응율이 낮아 하이드레이트 생성시간이 상당히 길고 가스 용해율도 낮다. 따라서 하이드레이트를 빨리 만들며 가스충진율도 증가시킬 수 있는 방법으로 가스 흡착성이 있는 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)를 기계적 분산방법인 초음파 분산(Dispersion)과 화학적 개질에 의한 분산방법인 산화처리분산을 사용하여 탄소나노튜브와 산화탄화나노튜브를 순수한물에 분산하여 나노유체를 만들고, 나노유체와 메탄가스를 반응시켜 메탄하이드레이트를 생성시키는 실험을 수행하였다. 나노유체와 순수한물의 상평형(Phase Equilibrium)은 비슷하였으며, 탄소나노튜브를 0.0005Vol%를 분산한 나노유체와 순수한물의 메탄가스 소모량의 비교한결과 나노유체의 가스소모량의 순수한물보다 ${\Delta}T_{sub}$=0.5K에서는 2배 ${\Delta}T_{sub}$=9.7K에서는 1.6배 증가하였다. 또한 산화나노유체와 나노유체의 메탄 가스소모량은 산화나노유체가 0.01 ~ 0.02mol정도 높았으나 그 효과가 미미하였고, 교반기를 사용하여 RPM300으로 교반시켰을 경우 역시 메탄 가스소모량은 큰 차이가 없었으나 산화나노유체의 경우 메탄 가스소모량이 나노유체보다 급격히 증가함을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.180-180
• /
• 2022

최근 하천 횡단구조물로 형성된 호소 및 저수지에는 오랜 시간동안 다양한 유기 퇴적물이 유입되고 오염되어 호소환경 및 호소 생태계에 악영향을 미칠 수 있으며, 환경 여건에 따라 메탄과 온실가스를 유발할 수도 있다. 이러한 온실가스를 검출하고 그 원인을 파악하여 감축하는 일련의 기술이 국가적인 온실가스 감축 정책과 맞물려 새로운 이슈로 등장하였다. 일반적으로 메탄가스를 측정하는 실험은 BMP(Biochemical Methane Potential)-Test이며, 수치모의에 비해 BMP-Test는 수심이 깊은 지역이나 유속이 빠른 구역에는 적용이 어려운 한계가 존재한다. 이러한 BMP-Test의 한계점을 보완하는 차원에서 사전검증된 수치모형 COMSOL Multiphysics 소프트웨어를 이용하여 메탄가스 발생기작을 재현 및 도출하고 실내 실험결과와 비교 분석하였다. 첫째, COMSOL Multiphysics가 호소에서 발생하는 메탄가스 발생기작의 재현 타당성을 입증하기 위해 동일한 조건의 인공합성된 유기물을 이용한 실내 실험에서 수행된 BMP-Test와 비교·분석을 수행하였다. 둘째, COMSOL Multiphysics에 TOC(총유기탄소), TP(총 인)에 따른 유기물 조건과 메탄 발생 화학식을 설정하여 온도에 따른 메탄 생성량과 반응상수를 산출하였고, 이를 BMP-Test 결과와 비교하였다. BMP-Test의 비교·분석 결과를 바탕으로 하천 및 호소에서 발생하는 메탄가스 발생에 대한 COMSOL Multiphysics의 활용가능성을 검증하였다. 향후 하천 및 호소로부터의 발생가능한 온실가스 감축 목표를 달성하기 위한 하천 유기물 환경의 평가 또는 최적화 조성에 유사한 검증과정을 거친 COMSOL Multiphysics를 활용할 수 있을 거라 기대된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.11a
• /
• pp.154.2-154.2
• /
• 2010

상대적으로 이산화탄소 배출량이 적으며, 기존의 천연가스를 대체할 수 있고, 21세기 신 에너지원으로 기대되고 있는 메탄 하이드레이트(Methane hydrate)는 태평양과 대서양의 대륙사면 및 대륙붕, 남극대륙의 주변해역 등지에서 자연적으로 발생한 메탄 하이드레이트의 분포가 확인되었으며, 그 매장량의 1조 탄소톤 이상으로 기존 화석연료의 매장량이 5천억 탄소톤, 대기중의 메탄가스가 3억 6천만 탄소톤임을 고려할 때 2배에 이르는 막대한 양이라고 보고하였다. 따라서 메탄 하이드레이트는 화석에너지를 대체할 수 있는 차세대 청정 에너지 또는 대체 에너지원으로서의 무한한 잠재력을 가지고 있어 새로운 에너지분야로 크게 주목을 받고 있다. 또한 하이드레이트는 $172m^3$의 메탄가스와 $0.8m^3$의 물로 분해된다. 만약, 특성을 역으로 이용하여 산업적으로 고체화 수송을 할 경우 화수송보다 18-24%의 비용절감이 이루어질 것으로 예상되어진다. 그러나 메탄 하이드레이트를 인공적으로 만들경우 물과 가스의 반응율이 낮아 하이드레이트 형성시간이 상당히 길고 가스 충진율도 낮다. 따라서 본 연구에서는 하이드레이트를 빨리 만들며 가스 충진율도 증가시키기 위하여 증류수와 다공성물질이며 나노세공(Nano pore)을 가지고 있는 제올라이트를 증류수에 첨가하고, 초음파 분산하여 만든 혼합유체를 메탄가스와 반응시켜 하이드레이트 형성 실험을 수행하여 비교 분석하였다. 그 결과 0.01 wt% 제올라이트 혼합유체에서 증류수보다 하이드레이트가 훨씬 빨리 생성되었으며, 메탄가스소모량은 ${\Delta}T_{subc}$=0.5K에서 약 4배 높음을 보였다.

• Journal of Environmental Impact Assessment
• /
• v.13 no.4
• /
• pp.187-196
• /
• 2004

매립지에서 배출되는 메탄가스는 이산화탄소에 이어 두 번째로 많이 배출되는 지구온난화 가스이지만 열을 흡수하는 능력에 있어서는 이산화탄소 보다 25에서 35배 정도 더 크기 때문에 지구 온난화 현상에 대한 메탄가스의 영향은 중요하다고 할 수 있다. 매립지로부터 배출되는 메탄가스는 호기성 상태의 매립지 복토층을 통과 할 때 산화될 수 있으므로 매립지 복토층은 메탄가스의 배출을 저감시키는 바이오필터의 역할을 할 수 있다. 본 연구에서는 batch 실험을 통하여 매립지 복토층에서의 메탄산화속도에 대한 토양수분과 온도의 영향을 연구하였다. 최대 산화속도는 토양수분 15%(w/w), 배양온도 $35^{\circ}C$의 환경조건에서 $1.03{\mu}mol\;CH_4g^{-1}soil\;h^{-1}$으로 나타났다. 이러한 실험결과를 이용하여 토양수분과 온도를 함수로 하는 회귀모형을 개발하였다. 또한 전국에 4 군데 지역을 선발하여 각 지역의 토양수분과 온도 데이타를 수집하고 개발된 모형을 이용하여 각 지역에 위치하고 있는 매립장에서의 월 평균 메탄산화량을 예측하였다. 예측 결과 환경조건이 양호한 지역의 매립지 복토는 메탄의 배출량을 저감시킬 수 있는 효율적인 바이오필터의 효과를 가지지만 환경조건이 불리한 지역의 매립지 복토에서는 바이오필터의 효과가 크지 않는다고 할 수 있다.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
• /
• v.51 no.2
• /
• pp.1-6
• /
• 2009

Acetogen과 같은 일부 혐기성미생물은 소위 acetyl-CoA 경로에 의해 아세트산, 에탄올, 그리고 몇 가지 생화학 물질을 생산한다. 이 경로에서는 일산화탄소를 기질로 이용할 수 있다. 일산화탄소 이외에 수소가 이용될 수 있다. 즉 이들 미생물은 독립영양생물로서 이산화탄소와 태양광에너지를 이용하는 녹색식물과 비유될 수 있으며, 일산화탄소는 탄소원으로서 동시에 에너지원으로서 이용된다. 본 연구에서는 혐기성 소화액 중 아세트산을 생성하는 미생물이 존재한다고 가정하고, 일산화탄소와 수소가 주 가연성분인 합성가스를 공급하면 추가의 메탄이 생성가능성을 평가하였다. 혐기성 소화과정에서 발생되는 메탄은 주로 아세트산으로부터 만들어지므로 일산화탄소를 공급하는 경우 추가로 메탄이 생성될 것으로 추측할 수 있기 때문이다. 이를 확인하기 위하여 현재 운영중인 바이오가스 생산 설비로부터 얻은 혐기성 소화액을 생물반응조에 넣은 후, 합성가스를 순환-공급하여 가스 생산량의 변화 및 조성을 분석하였다. 질소가스를 공급한 대조구와는 달리 일산화탄소 또는 합성가스를 공급한 경우에는 메탄가스가 생산되는 것을 확인하였다. 질소가스를 공급한 대조구와는 달리 일산화탄소 또는 합성가스를 공급한 경우에는 메탄가스가 생산되는 것을 확인하였다. 일산화탄소만을 공급했을 때에는 이산화탄소의 생성으로 가스 생산량이 증가하였으나, 수소가 포함된 합성가스를 공급하였을 때에는 이산화탄소가 탄소원이로 소비되어 가스 저장도 내의 가스량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 가스화공정에 으해 얻어지는 합성가스는 온도와 가스 조성을 고러할 때, 바이오가스 생산을 위한 혐기성 소화조와 연계하면 소화조의 가온에 필요한 열을 공급할 수 있고 바이오가스 중 이산화탄소 농도를 낮추어 발열량을 개선할 수 있을 것으로 판단된다.

• Prospectives of Industrial Chemistry
• /
• v.19 no.2
• /
• pp.28-35
• /
• 2016

천연가스, 셰일가스 및 바이오가스의 주성분인 메탄은 지구온난화 가스로, 감축대상인 동시에 차세대 탄소 자원으로 주목을 받고 있다. 기존의 화학적 메탄전환방법은 대규모 설비투자가 요구되는 규모의 경제가 적용되어 소규모 한계 가스전에는 활용이 어렵다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 최근에 생물학적 전환법이 대안으로 고려되고 있다. 메탄자화균은 메탄산화효소(methane monooxygenase)를 이용하여 상온 상압에서 메탄을 탄소원으로 사용하여 생장할 수 있다. 따라서 메탄자화균의 메탄 대사경로를 기반으로 대사공학을 활용하면 메탄으로부터의 다양한 종류의 고부가가치 산물 생산이 가능하다. 본고에서는 메탄자화균을 이용한 메탄의 바이오전환 기술의 현황 및 전망에 대하여 논의하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.06a
• /
• pp.217.2-217.2
• /
• 2010

자연 상태에서의 가스하이드레이트의 존재는 물의 빙점보다 높은 온도에서 가스 수송관이 막히는 사고가 관내에 생성된 하이드레이트에 의한 것으로 규명된 이후영구동토지역이나 심해저에 부존되어 있는 막대한 매장량으로 인해 매우 활발한 연구가 최근에 진행되고 있다. 가스하이드레이트는 수분의 량에 비해 대량의 가스를 함유하므로 인위적인 가스하이드레이트를 제조하기 위하여 여러 가지 연구 중 하이드레이트 반응을 촉진하는 촉진제(promoter)와 생성을 억제하는 억제제(inhibitor)를 찾는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 계면활성제와 고분자물질이 이들의 다양한 첨가제로 현제 사용되고 있다. 이러한 연구에서 메탄가스하이드레이트 형성에 영향을 미치는 대상물질로 선택한 DME(Dimethane Ether)는 산소 함유율이 34.8wt%인 함산소연료로 최근 신에너지로 부상하고 있으며, 해외 가스전 개발과 맞물려서 상용화단계에 들어와 있다. DME의 물리화학적인 특성으로는 상온의 온도에서 약5기압의 압력으로 액화 시킬 수 있다. 마취성이 강한 디에틸에테르와는 달리 마취성이 없을 뿐만 아니라 인체에 무해한 무색기체로 세탄가가 60가까이되어 경유(세탄가 55) 대체연료로 내연기관의 실증사업이 진행되고 있다. 이러한 특성을 갖고 있는 DME가 메탄가스 하이드레이트 생성에는 어떤 영향을 미치는지를 본 연구에서는 실험을 통해서 분석을 수행하였다. 실험과정에는 세 단계로 구분하여 진행하였는데 첫 번째 단계에서는 메탄가스만으로 하이드레이트 생성조건을 실험분석하였고, 두 번째 단계에서는 DME가스를 먼저 주입한후 동일 온도에서 메탄가스를 주입시켜 하이드레이트 생성 압력을 실험측정하였다. 마지막 단계에서는 DME가스를 약 두 배 정도 많이 주입한 후 동일 온도에서 메탄가스를 주입하여 하이드레이트 생성 압력을 측정하였디. 이러한 단계별 과정을 다소 온화한 $-5^{\circ}C{\sim}4^{\circ}C$의 온도 범위에서 반복적으로 수행하였다. 실험결과에서는 메탄만의 하이드레이트 형성보다 빙점($0^{\circ}C$) 이하의 온도 범위에서는 DME가 메탄하이드레이트 형성에 촉진제 역할을 하였고, 빙점 이상의 온도에서는 억제제의 역할을 하는 것으로 측정되었다. 또한 첨가된 DME의 양에 따라 촉진제의 역할과 억제제의 역할에 확연한 차이를 보였다. 추후 실험에서는 좀더 넓은 농도, 온도 및 압력범위에서 재현성 실험을 추가로 수행할 것도 제안한다.

• Journal of the Korean Institute of Gas
• /
• v.21 no.2
• /
• pp.1-9
• /
• 2017

Enhanced coalbed methane recovery (ECBM), as injecting $CO_2$ or $N_2$ into the coalbed methane (CBM) reservoir for increasing methane recovery, takes center stage in these days. ECBM makes a better recovery than the conventional production method, it called dewatering process. However the characteristics of injection gas affect to methane recovery, thus analysis on the mixed ratio of injection gas should be required. In this study, CBM reservoir model was built to estimate the methane recovery of ECBM method by different mixed ratio of injection gas. Additionally, to consider the characteristics of injection gas such as carbon captured storage, nitrogen re-injection, etc. economic analysis was performed. The results showed that ECBM cases produced methane almost twice as much as dewatering case and $CO_2$ 10% and $N_2$ 90% case resulted in the highest methane recovery among the mixed gas cases. On the other hand, the results of economic analysis showed that $CO_2$ 20% and $N_2$ 80% case made the highest total production profit. Therefore, both the recovery of methane and economical efficiency should be considered to apply ECBM process.