• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.71.1-71.1
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• 2013

메탄가스와 이산화탄소는 지구온난화 가스이기 때문에 배출규제가 점차 강화될 것으로 전망되고 있다. 또한 이들 가스는 매립지 또는 바이오 공정을 통해 발생되는 가스이기 때문에 단순히 배출을 억제하는 데 그치지 않고 보다 적극적으로 활용해야할 필요성이 있다. 현재 메탄과 이산화탄소를 동시에 활용하는 기술로는 촉매공정을 통해 메탄과 이산화탄소를 수소와 일산화탄소로 전환하는 방법이 대표적이나, 본 공정은 $800{\sim}900^{\circ}C$의 고온조건을 필요로 하고 고압조건에서 다량으로 생성되는 탄소에 의한 촉매 활성도의 저하문제로 인해 해당 기술의 실제 보급에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 한편, 플라즈마를 활용한 메탄가스 개질(reforming) 기술은 고온 플라즈마인 경우 60~70년 전부터 상용화 사례가 있으며, 저온 플라즈마의 경우는 약 10여 년 전부터 개질반응의 공정온도를 낮추려는 연구를 중심으로 기초연구가 수행되어왔다. 이들 플라즈마를 활용한 메탄개질 기술은 메탄의 직접분해, 부분산화, 수증기 개질 및 건식개질 등으로 분류되는 데, 최근 지구온난화가스인 이산화탄소의 처리에 대한 관심이 높아지면서 이산화탄소를 활용하는 건식개질 기술에 대한 관심이 높아지고 있는 상황이다. 현재 플라즈마 건식개질기술에서 주된 이슈는 높은 전력비용이고, 이를 낮추기 위해 촉매를 활용하거나 플라즈마 발생을 최적화하려는 연구가 진행되고 있다. 본 발표에서는 플라즈마를 활용한 건식개질 기술의 장단점, 실용화 가능성 및 향후의 과제를 다루고 있으며, 이를 위해 기계연구원에서의 연구결과 및 국내외 연구실의 결과를 살펴보았다.

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.29 no.1
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• pp.29-36
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• 2021

In spite of the highest energy potential among all domestic organic solid wastes. the research on biogas production from cattle manure is limited. In particular, effects of organic content degradation and sawdust addition during storage on biomethane potential have never been investigated. In the present work, we investigated the change of organic content during storage of cattle manure under different temperatures (20℃ and 30℃), and its impact on biomethane potential and odor emissions. 90 days of investigation results showed that 10% of organics in terms of VS and COD were degraded at 20℃ during storage, while 30% were degraded at 30℃. This result impacted on biomethane potential, while 10-13% and 24% reduction were observed from beef and dairy cattle manure, respectively. The temperature also affected on CH4 and odor emissions during storage by 3.3-3.8 times and 29 times. The effect of sawdust on lowering down biomethane potential was found to be substantial, reducing 61-75% compared to the control.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.173-173
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• 2022

유기 퇴적 오염물은 다양한 형태로 호소 바닥에 축적되어 호소 환경 및 생태계에 악영향을 미치고 있으며 메탄가스와 같은 온실가스의 발생을 유발한다. 또한, 수력 산업, 관개, 이·치수 등 다양한 목적에 의해 수체의 형성이 활발하게 이루어지면서 하천 및 호소에 의한 탄소유출을 전지구적 탄소순환에 적극적으로 포함시켜야 한다는 필요성이 증가하고 있다. 따라서 하천 및 호소에서 발생하는 다양한 생지화학적 반응에 의한 메탄 발생 메커니즘 파악은 유역의 중요한 환경평가 지표를 나타내며 탄소 순환을 이해하는데 매우 중요하다. 수온, 수심, 유기물 조건에 따른 하천 및 호소의 메탄 발생을 분석한 연구들이 선행되었으나 생지화학적 특성을 정리하고 이에 따른메탄 발생을 정량화한 연구들은 거의 없는 상황이다. 본 연구는 호소 내 메탄을 발생시키는 기작을 판별하기 위해 수온과 호소 환경과 유사한 TOC(총유기탄소)와 TP(총인) 조건과 같은 유기물 조건을 설정하여 BMP Test를 수행하였다. 반응수조에서 발생한 가스를 포집한 후 GC(Gas Chromatograpghy) 분석을 통해 메탄 생성량을 산출하였고, 유기물 조건에 따라 이론적인 메탄 생성량 대비 실제 발생한 메탄 생성량을 나타내는 생분해도를 산출하여 호소 환경별 주요 기작에 따른 가스 발생을 정량화 하였다. 실험 결과 수온에 가장 큰 영향을 받았으며, 수온에 따라 TP, TOC 순으로 메탄 발생의 영향성을 확인하였다. 향후에는 호소 환경에서의 유기물 조건을 반영하기 위해 입도비, 점착성/ 비점착성 조건, 수체의 높이 조건을 포함한 추가 실험을 수행하고 메탄수율을 정량화하여 호소 내 유기퇴적물에 대한 생지화학적 및 수환경 영향 평가 기법 개발이 가능할 것으로 기대한다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.16 no.3
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• pp.337-341
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• 2005

This paper reports the study on coking rate and carbon formation route as a function of reaction temperature using the Ni catalysts in the $CO_2$ reforming of methane. In this paper, carbon deposition on catalysts and its kinetics during reforming reaction were studied by using a thermogravimetric analyzer. Kinetic studies show that reaction orders of carbon formation obtained 1.33 ($CH_4$) and -0.52 ($CO_2$) by experiments on partial pressure of reactant gas, respectively. On the basis of model equation, the kinetic parameters for the coking reaction at different temperatures indicated that methane decomposition dominated carbon formation at lower temperatures ($<600^{\circ}C$), while $CH_4$decomposition and Boudouard reactions become significant for coking in the temperature range of $600{\sim}700^{\circ}C$.

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
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• 2001.11a
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• pp.289-290
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• 2001

비메탄계 휘발성 유기화합물(Non-Methane Volatile Organic Compounds; NMVOCs)은 많은 부분이 용제를 사용하는 공정에서 발생되어 광화학적 산화물 형성 등의 대기질 악화를 초래시키는 것으로 알려져 있다. 반면에 메탄가스는 지구온난화의 원인물질로 환경에 많은 영향을 미치는 것으로 알려져 있고, 국내의 쓰레기 매립지에서 발생되는 양은 년간 112만톤으로 추정되어 메탄의 자원화나 처리에 대한 연구가 매우 필요한 실정이다. (중략)

• Journal of Korean Society of Forest Science
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• v.105 no.1
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• pp.1-11
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• 2016

Globally, there are more than 2600 species of termites which adapted plenty of terrestrial ecosystems by various strategies such as making termite nest and society. Various studies were recently carried out on termites because they play significant roles in the context of carbon (C) cycle of terrestrial ecosystems. According to the results of previous studies, termite activities influenced the amount of soil organic C, methane emission, and organic matter decomposition. Termite nests, where termite biomass was concentrated, exhibited 1.8 times higher soil organic C concentration than reference soils, and emitted $0.0-6.0kg\;ha^{-1}year^{-1}$ of methane in tropical forests and savannas. Feeding activity of termites, in addition, accelerated coarse woody debris (CWD) decomposition by increasing the surface area to volume ratio of CWD. Especially, CWD decomposition induced by the Rhinotermitidae family appeared to be significant for the C cycle in temperate forests. However, more studies should be conducted on termite-induced CWD decomposition in temperate forests because few studies have dealt with it. The termite-induced CWD decomposition could be measured by preparing disc-shaped CWD samples, excluding access of termites to the CWD samples, and comparing the decomposition rate of the CWD samples with and without the termite exclusion treatment. Studies on the termite-induced CWD decomposition would contribute to further elucidation of the C cycle in temperate forests.

• Korean Journal of Microbiology
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• v.48 no.2
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• pp.125-133
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• 2012

Anaerobic digestion is an alternative method to digest food wastes and to produce methane that can be used as a renewable energy source. We investigated bacterial and archaeal community structures in a three-stage methane production process using food wastes with concomitant wastewater treatment. The three-stage methane process is composed of semianaerobic hydrolysis/acidogenic, anaerobic acidogenic, and strictly anaerobic methane production steps in which food wastes are converted methane and carbon dioxide. The microbial diversity was determined by the nucleotide sequences of 16S rRNA gene library and quantitative real-time PCR. The major eubacterial population of the three-stage methane process was belonging to VFA-oxidizing bacteria. The archaeal community consisted mainly of two species of hydrogenotrophic methanogen (Methanoculleus). Family Picrophilaceae (Order Thermoplasmatales) was also observed as a minor population. The predominance of hydrogenotrophic methanogen suggests that the main degradation pathway of this process is different from the classical methane production systems that have the pathway based on acetogenesis. The domination of hydrogenotrophic methanogen (Methanoculleus) may be caused by mesophilic digestion, neutral pH, high concentration of ammonia, short HRT, and interaction with VFA-oxidizing bacteria (Tepidanaerobacter etc.).

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.18 no.2
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• pp.136-141
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• 2007

The decomposition of chlorinated methanes including $CCl_4$, $CCl_3H$, and $CCl_2H_2$ was carried out using a thermal plasma process and the characteristics of the process were investigated. The thermal equilibrium composition was analyzed with temperature by Fcatsage program. The decomposition rates at various process parameters including the concentration of reactants, flow rate of carrier gas, and quenching rate, were evaluated, where sufficiently high conversion over 92% was achieved. The generation of main products was strongly influenced by the reaction atmosphere; carbon, chlorine, and hydrogen chloride at neutral condition; carbon dioxide, chlorine, and hydrogen chloride at oxidative condition. The decomposition mechanism was speculated considering the results from Factsage and the identification of generated radicals and ionic species. The main decomposition pathways were found to be dissociative electron attachment and oxidative by radicals formed in a plasma state.

• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.9 no.3
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• pp.154-159
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• 2006

It is essential to understand the decomposition characteristics for developing the optimum anaerobic digestion system of organic wastes. In this study, BMP (Biochemical Methane Potential) test using serum bottle was conducted to evaluate the anaerobic degradability of fish offal. 3 different groups of fish offal including waste from mackerel and hairtail handling except viscera and fish viscera were chosen for the substrates. Grinded fish offal was transferred anaerobically to serum bottle in amounts of 50 ml, 100 ml and 150 ml, respectively. BMP test was carried out in triplicate. Cumulative methane production and methane production rate depending on incubation time were evaluated. These results varied depending on substrate characteristics. The average values of ultimate methane yield ranged between $420ml{\cdot}CH_4/g{\cdot}VS$ and $490ml{\cdot}CH_4/g{\cdot}VS$, and the methane production and degradation rate of viscera were higher than those of other parts of fish offal. According to the analysis of elemental composition, average C/N ratio of fish offal used in this study was 5.2. Theoretical ultimate methane yield calculated from elemental composition was $522ml{\cdot}CH_4/g{\cdot}VS$. Biodegradability was calculated as 0.847.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.119.2-119.2
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• 2014

대기환경 규제가 강화됨에 따라 기존 기술 대비 획기적인 성능과 가격 경쟁력을 갖춘 새로운 대기환경 기술에 대한 수요가 지속적으로 요구되고 있다. 특히 최근에는 종래의 분진, 이산화황가스 및 질소산화물에 대한 규제와 더불어 지구온난화가스인 이산화탄소, 과불화화합물 (Perfluorocompounds, PFCs), 메탄가스 등에 대한 규제가 강화되면서 이에 대응할 수 있는 대기환경 기술의 수요가 늘고 있다. 한국기계연구원에서는 지난 10 여 년간 지구온난화가스이자 난분해성 가스인 메탄 및 PFCs 가스를 플라즈마 화학반응 공정을 통해 분해하는 연구를 수행해왔으며, 이를 바탕으로 산업에 적용할 수 있는 기술개발도 병행하여 수행하였다. 현재 개발된 기술 가운데 일부는 산업에 실제로 적용되고 있으며, 이를 통해 산업현장에서는 지구온난화가스는 물론 질소산화물과 같은 다른 종류의 규제물질도 동시에 저감할 수 있었다. 본 발표에서는 플라즈마를 활용하여 난분해성 가스인 메탄과 PFCs를 분해하는 기술의 특성을 살펴보았으며, 이를 바탕으로 산업현장에 적용된 대기환경기술이 어떻게 활용되고 있는지를 소개하고 있다. 본 발표에서 다루게 될 플라즈마 발생기술은 펄스 코로나, 유전체장벽방전, 마이크로웨이브 토치, 아아크 토치 등이며, 플라즈마 발생조건은 수 torr 이하의 진공조건부터 및 대기압 조건에 이르고 있다.