• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.644-650
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• 2021

본 연구는 지구 온난화의 주요 원인인 이산화탄소를 이용하여 메탄의 개질반응 특성을 수행하였다. 이산화탄소와의 메탄 분해 반응을 전이금속 촉매인 주석을 사용하여 수행되었으며, 주석의 분해 반응성은 니켈, 철과 같은 전이 금속보다 낮으며, 대부분의 분해 반응은 고체 상태 촉매하에 수행된다. 반면에 주석의 녹는점은 505.03K로 액상 촉매하에서 분해가 발생된다. 주석을 사용하는 경우 액상으로 반응하며 메탄이 분해되어 생성되는 고체상 탄소가 촉매에 침적되어 비활성화되는 것을 것을 방지하는 장점이 있다. 이산화탄소를 사용하여 메탄을 분해하는 경우 일산화탄소와 수소를 생성한다. 촉매의 활성과 수명을 높이기 위해 Ni를 사용한 경우 촉매 활성이 향상되었다. 본 연구에서는 과잉습식함침법을 이용하여 촉매를 합성하였으며, 반응 온도, 공간 속도에 따른 활성과 촉매 재생 가능성을 타진하였다. 탄소가 침적된 주석의 촉매 재생 온도는 1023 K로 나타났으며, 니켈을 조촉매로 사용하고 물을 공급하므로써 반응성이 향상되는 것으로 나타났다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2004년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.153-157
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• 2004

다양한 혐기성 조건에서 다환방향족탄화수소(PAHs)로 오염된 토양의 미생물 분해 연구를 수행하였다. 대표적인 다환방향족탄화수소인 phenanthrene과 fluorene을 토양과 물에 오염시켜서 약 100일 동안 저감정도를 관찰하였고, 실제 다환방향족탄화수소로 오염된 현장 토양을 이용 혐기성하에서 다환방향족탄화수소의 생분해 가능성을 확인하였다. 미생물 접종원은 혐기성 조건에서 다환방향족탄화수소에 노출시킨 슬러리가 사용되었다. 황산염 환원조건, 질산염 환원조건, 메탄생성조건 등의 다양한 혐기성 조건에서 실험을 수행한 결과, 메탄생성조건 > 질산염 환원조건 > 황산염 환원조건의 순서로 분해가 잘 일어났다. 또한 현장오염토양의 경우 34일간 처리 후 메탄생성조건에서 최대 72%의 분해율을 보였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.89-92
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• 2006

수소에너지는 화석연료 사용의 증가로 인한 환경오염 및 자원고갈의 문제점을 해결해 줄 수 있는 미래의 청정한 에너지이다. 현재 주 에너지원인 화석연료의 사용에 의하여 배출된 오염물질이 지구온난화와 같은 문제점들을 일으킨다. 이러한 문제점들을 없애줄 수 있는 대안 중 하나가 수소에너지이다. 수소에너지는 자원이 풍부하며 연소시에 오염물질이 배출되지 않는 장점이 있다. 수소에너지는 수소를 연소시켜서 얻는 에너지로써, 수소를 태우면 같은 무게의 가솔린 보다 3배나 많은 에너지를 방출한다. 수소를 생산하는 방법 중 가장 이상적인 방법은 물을 분해하는 방법이다. 그러나 이 방법은 수소를 대량으로 생산하기에는 아직 기술에 대한 확보가 되어있질 않으며, 경제성도 떨어진다는 단점이 있다. 현재 많이 쓰이는 방법 중 탄화수소류의 메탄을 수증기 개질하는 방법이 있다. 메탄 수증기 개질방법은 환경오염물질인 CO나 $CO_2$를 배출한다는 것과 높은 열원이 필요하다 본 연구에서는 C-H결합에너지가 낮아 메탄보다 분해하기 쉬운 부탄의 직접분해로 수소를 생산하고자 한다. 부탄 직접분해는 환경오염물질인 CO나 $CO_2$가 발생되지 않는 장점이 있다. 부탄 분해반응은 $500{\sim}1100^{\circ}C$의 범위에서 이루어 졌으며, 촉매는 탄소계인 카본블랙을 사용하였고, 촉매의 성능을 비교하기 위하여 열분해반응이 동시에 수행되었다.

• 한국환경보건학회지
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• 제24권1호
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• pp.70-79
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• 1998

본 실험의 목적은 다양한 펄프제조 조건과 여러 형태의 리그노 셀루로우스 성분이 펄프폐수의 혐기성 생분해에 미치는 영향을 규명하는 것이다. 실험에 사용된 폐수는 일반적으로 펄프 제조시에 발생되는 폐수를 대상으로 하였으며, 펄프제조 조건은 TMP공정과 소다 펄프공정을 적용하였다. 혐기성 생분해 가능성 시험 및 독성실험은 $35\pm 2\circ$C의 중온상태에서 입상슬러지를 식종물질로 사용한 회분식 반응조를 이용하였다. TMP공정의 배출되는 폐수는 산으로의 전환율이 총 COD기준으로 68-87%로 매우 높은 혐기성 생분해 가능성을 보였다. 그리고 TMP공정폐수는 일반적으로 제지폐수 처리시 독성농도라고 알려진 농도에서도 메탄생성균에 독성을 주지 않았고, 또한 COD 10g/l의 농도에서도 처리에 저해가 일어나지 않았다. 반면에, 알카리성 상태에서 준비된 펄프폐수의 경우는 생분해성이 매우 낮아서 대략 50%정도의 산전환율을 보였으며, 메탄생성균에 상당한 저해를 주었다. 메턴생성균의 활성도에 50%저해를 주는 농도는 2.1~5.4 gCOD/l였다. 알카리성 펄프폐수의 독성에 대한 추가 실험결과 펄프내 wood resin이 산이나 중성 pH부근에서는 잘 용해가 되지 않고 알카리성 상태에서 쉽게 용해되어 메탄생성균에 저해를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 따라서 펄프제조시 나무성분이 알카리성분과 접촉할 경우 후속하는 혐기성 처리공정의 메탄생성균에 심각한 저해를 줄 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.223-226
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• 2005

For $CO_2-free$ hydrogen production and better utilization of the produced carbon, catalytic decomposition of methane over rubber-grade carbon blacks manufactured from coal tar was carried out. The catalytic activities of several domestic carbon blacks were compared. A pelletized carbon black exhibited considerably lower activity and activation energy than the fluffy( loose) carbon black of the same grade. This difference is considered due to the binder that was added during pelletization. For pelletized carbon blacks, a tendency was observed that the activity per unit mass of catalyst increased with the specific surface area of the carbon black. Another tendency was also observed that the activation energy increased with the primary particle size or decrease of the specific surface area.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.109-112
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• 2007

유동층 반응기를 이용한 프로판의 촉매 분해는 $CO_2$를 방출하지 않고 수소를 생성하는 새로운 방식이다. 카본블랙을 이용한 프로판 분해는 메탄보다 상대적으로 분해가 잘되며, 같은 온도에서 전환률이 높기 때문에 수소 생성량이 더 많다. 촉매로 사용된 카본블랙은 반응 중 생성되는 탄소의 침적에도 불구하고 8시간 이상 촉매의 활성이 유지되어 전환율이 일정하게 유지되었다. 프로판 촉매 분해 실험은 상압에서 600 ${\sim}$ $800^{\circ}C$ 온도 변화 실험을 수행하였고, 가스 유속 변화는 2.0 ${\sim}$ $4.0U_mf$에서 실험 조건 변화에 따른 실험을 하였다. 온도, 유속 변화에 따른 생성 가스의 몰분율과 프로판 전환율을 분석하였다. 프로판 분해에 의해 생성된 기체는 수소뿐만 아니라 메탄, 에틸렌, 에탄, 프로필렌과 분해되지 않은 프로판이 배출되었다. 수소를 제외한 여타 가스들은 고온에서 실험을 할수록 몰비가 줄어들었다. 고온에서 프로판의 전환율과 수소 수득률이 증가하였다. 프로판 분해 실험 전후의 카본블랙 표면의 변화는 FE-TEM으로 관측하였다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2002년도 생물공학의 동향 (X)
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• pp.427-430
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• 2002

본 실험실에서는 음식폐기물을 이용하여 단시간내에 메탄을 생산할 수 있는 Pilot 규모 (2.5 톤 )의 3단계 메탄 발효 공정을 개발하여 운전하고 있다. 3단계 메탄 발효공정 가운데 첫 번째 단계인 반혐기성 가수분해/산발효조에서 유기물 분해균주를 11개 분리하여 그 특성을 조사하였다. 분리된 균주는 gram 양성균이 8 개 균주, gram 음성균이 3개 균주이며, catalase에 대해서는 모두 양성반응을 보였고 모두 간균의 형태이었다. 분리된 균주들 가운데 amylase 와 protease의 활성은 분리균주 K5이 다른 균주들에 비해 매우 우수하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권8호
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• pp.553-563
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• 2011

이 연구는 대기 중 $CO_2$ 농도의 증가 및 질소 농도 조건에 따라 토양의 생물학적 유기물 분해과정의 변화 양상을 살펴보고, 담수 습지 토양에서 주로 일어나는 탈질, 철환원, 메탄환원 반응이 토양 유기물 분해에서 차지하는 중요도를 파악하여, 습지가 대기 중 온실가스 농도 변화에 미치는 영향을 예측해 보고자 하였다. 탈질률, 메탄환원률은 $CO_2$ 농도 변화, 식물 유무, 질소 유무에 따라 통계적으로 유의한 차이를 보였고(p < 0.05), 철환원률의 경우 질소의 유무에 따른 변화만이 유의한 차이를 보였다. $CO_2$ 농도가 증가함에 따라 메탄환원이 유기물을 분해하는 함께 질소가 첨가될 경우에도 메탄환원률의 비율이 높게 나타나 기후변화에 따른 담수 퇴적물의 혐기성 물질대사반응은 메탄환원이 가장 주요 반응임을 알 수 있다. 기후변화는 또한 분해되어지는 유기물의 총량도 증가시켜 전체적으로 $CO_2$ 농도가 높은 경우, 특히 $CO_2$ 농도가 높으면서 질소가 첨가된 경우에 단위시간당 단위무게의 토양에서 분해되어지는 유기물의 양이 많아짐을 알 수 있다. 연구의 결과로부터 기후변화는 습지 토양내 유기물의 혐기적 분해의 속도를 증가시켜 분해되어지는 유기물의 양을 증가시키므로 분해의 산물로 발생되는 온실가스($CO_2$, $N_2O$, $CH_4$ 등)의 대기 방출을 증진시켜 기후변화에 순영향(positive effect)를 줄 수 있으리라 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권10호
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• pp.839-844
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• 2009

이 연구는 담수 퇴적물에서 주되게 일어나는 탈질(denitrification), 철 환원(iron reduction), 메탄 환원(methanogenesis) 반응이 퇴적물 유기물 분해에서 차지하는 중요도를 파악하였다. 탈질률, 철환원률, 메탄환원률 모두 식물이 존재하지 않는 Site A, 새섬매자기 군락이 서식하는 Site B, 갈대 군락이 서식하는 Site C에서 통계적으로 유의한 차이를 보였고(P < 0.05), 퇴적물 깊이에 따라서는 메탄환원률만이 유의한 차이를 보였다. 유기물 함량은 Site A, Site B, Site C 순으로 식물의 존재와 밀도 증가에 따라 증가하였다. Site A가 가장 낮은 유기물 함량을 나타냄에도 불구하고 가장 높은 탈질률과 철환원률을 나타내었고, 메탄환원률의 경우 Site C에서 가장 큰 값을 나타내었다. 유기물의 혐기성 분해가 주로 탈질, 철 환원, 메탄 환원에 의해 일어난다고 가정한다면, 한강하구의 경우 탈질이 유기물을 분해하는 가장 주된 반응임을 알 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제38권4호
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• pp.201-209
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• 2016

Glucose ($C_6H_{12}O_6$)의 이론적인 최대 메탄수율은 표준상태(1 atm, $0^{\circ}C$)를 기준으로 0.35 L $CH_4/g$ COD이지만, 전통적인 혐기성소화조에서 유기물이 메탄으로 전환되는 양은 연구의 방법이나 유기물의 종류에 따라 매우 다양하게 보고되고 있으며, 대부분의 연구실 규모 실험에서 안정화 후 메탄 수율은 0.35 L $CH_4/g$ COD 이하로 나타난다. 최근, 미생물 전기화학 기술(Microbial Electrochemical Technology, MET)은 지속가능한 신재생에너지 생산 기술로서 큰 주목을 받고 있으며, MET를 혐기성소화조에 적용할 경우 고농도의 유기성폐기물의 빠른 분해가 가능할 뿐만 아니라 전기화학적인 반응에 의해 휘발성지방산(VFAs)이나 독성물질, 생분해 불가능한 물질까지도 분해가 가능하며, 소화조 내 미생물의 활성을 높이고 바이오가스의 생산량을 극대화 할 수 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 MET가 혐기성소화의 메탄발생에 미치는 영향에 대하여 연구하기 위해 음식물 탈리액과 하수슬러지의 원소조성에 따른 이론적인 최대 메탄수율을 분석하였으며, BMP (Biochemical Methane Potential) 실험과 연속식 실험을 통한 메탄수율의 특성을 평가하였다. 그 결과, MET가 적용된 혐기성소화에서의 메탄수율은 일반적인 혐기성소화조에 비하여 기질에 따라 2-3배 정도 높았으며, 이론적인 최대 메탄수율에 미치지는 못하였으나 일부는 거의 근접한 결과가 도출되었다. 또한, 일반적인 혐기성소화조와 MET가 적용된 혐기성소화조의 안정화 후 바이오가스의 조성은 거의 유사하게 나타났다. 결과적으로, MET가 혐기성소화조의 유기물 제거효율을 향상시켜 메탄발생량을 증가시킨 것으로 나타났으며, 향후 추가적인 연구를 통하여 MET에서 메탄발생 메카니즘이 명확히 규명되어야 할 것이다.