• Microbiology and Biotechnology Letters
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• v.45 no.3
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• pp.185-199
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• 2017

Methane, which is emitted from natural and anthropogenic sources, is a representative greenhouse gas for global warming. Methanotrophs are widespread in the environment and play an important role in the biological oxidation of methane via methane monooxygenases (MMOs), key enzymes for methane oxidation with broad substrate specificity. Methanotrophs have attracted attention as multifunctional bacteria with promising applications in biological methane mitigation technology and environmental bioremediation. In this review, we have summarized current knowledge regarding the biodiversity of methanotrophs, catalytic properties of MMOs, and high-cell density cultivation technology. In addition, we have reviewed the recent advances in biological methane mitigation technologies using methanotrophs in field-scale systems as well as in lab-scale bioreactors. We have also surveyed information on the dynamics of the methanotrophic community in biological systems and discussed the various challenges pertaining to methanotroph-related biotechnological innovation, such as identification of suitable methanotrophic strains with better and/or novel metabolic activity, development of high-cell density mass cultivation technology, and the microbial consortium (methanotrophs and non-methanotrophs consortium) design and control technology.

• Microbiology and Biotechnology Letters
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• v.41 no.2
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• pp.215-220
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• 2013

Biofilters for the removal of methane using tobermolite, perlite and polyurethane as packing materials have been undergoing recent development. The effects of these packing materials on methane oxidation activity were evaluated in this study. Mixed methanotrophs (consortia A, B, C and D) from wetland and landfill soils were used as the inoculum sources. The influences of packing materials, consisting of tobermolite, perlite, and polyurethane, on the methane oxidation rate and methanotrophic bio-mass, were estimated. When perlite was added into the methanotrophic cultures, the methane oxidation rate was more than twice that of the control (without packing materials), and the methanotrophic biomass increased more than 10 fold. The ratio of methanotrophic bacteria to total bacteria under with tobermolite packing material was higher than the control and the other packing materials, indicating that tobermolite can serve as a specific packing material where dominance of methanotrophs is desired. Therefore, perlite and tobermolite provide habitats which increase the activity of methanotrophic bacteria, and these packing materials are promising for use in methane oxidation processes.

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

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2010.05b
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• pp.1233-1236
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• 2010

본 연구에서는 메탄을 물질로 산화실험을 수행하였다. 메탄의 발화온도가 탄화수소 중에 가장 높으며, 대부분의 전이금속촉매 활성온도가 가장 높게 나타나는 물질이므로 메탄의 연소가 일어날 경우 대부분의 탄화수소류는 연소가 일어날 수 있으므로 메탄의 산화반응을 연구하였다. 메탄의 산화를 위한 전이금속 촉매중 망간을 산화물형태로 $Al_2O_3$, $TiO_2$에 담지하여 메탄에 대한 활성능을 측정하였으며, 조촉매로 금속산화물을 이용하여 활성능의 변화를 연구하였다. 또한 자연에 존재하는 천연망간광석과 금속산화물을 담지하여 최적의 메탄에 대한 활성능을 지닌 촉매를 선별하였다. 조촉매로는 Ce, Sn, Ni, Co, Mo 등을 이용하였다. 또한 본 연구에서는 촉매 제조는 과잉용액함침법을 사용하여 담지체에 촉매물질을 분산하였으며, 온도와 유량에 대한 각 조성 촉매의 활성능을 측정하여 활성화에너지 및 $T_{50}$, $T_{90}$을 도출하였다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.8 no.1
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• pp.34-47
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• 1999

본 연구에서는 촉매상에서 메탄의 산화시 발생되는 반응열을 이용하고 반응생성물과 미반응 메탄과의 개질반응에 의해 합성가스의 수율을 증대시키기 위하여 연소촉매와 개질촉매를 연속적으로 배치한 hybrid 촉매상에서 개질촉매에 따른 메탄의 부분산화반응의 반응 특성과 합성가스 수율에 미치는 영향을 관찰하였다. 메탄의 산화를 위해서 Pt-Rh/cordierite 촉매를 사용하였으며, 개질촉매로는 상업용 개질촉매인 R67, ICI46-1, 수성가스 전환반응촉매인 LX821 촉매와 6 wt% Ni/cordierite 촉매를 사용하였다. 실험결과 연소촉매와 개질촉매를 연속적으로 사용한 경우 메탄의 산화 과정에서 생성된 CO2 및 H2O가 미반응 메탄과의 개질반응 촉진으로 인하여 합성가스이 수율이 증가됨을 확인할 수 있었다. 이때 생성되는 합성가스의 H2/CO 몰비는 온도에 따라 감소하는 것으로 나타났으며, 80$0^{\circ}C$에서 촉매에 따라 2.2~2.8의 값을 가짐을 알 수 있었다. 개질촉매로 R67 및 Ni/cordierite 촉매를 사용하였을 경우 가장 높은 합성가스의 수율을 얻을 수 있었으며, 연소촉매와 개질촉매의 질량비는 1:1~1:2에서 가장 높은 수율의 합성가스를 얻을 수 있었다. 메탄과 산소의 몰비가 2:2에서 메탄의 전환율과 수소 수율이 가장 높게 나타났으며 메탄의 몰비 증가에 따라 감소되는 경향을 보였다.

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

• Korean Journal of Microbiology
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• v.50 no.3
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• pp.191-200
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• 2014

Gas hydrates play a significant role in the global carbon cycle and climate change because methane, a greenhouse gas, can be released from the dissociation of gas hydrate. Anaerobic oxidation of methane (AOM) is an important process that consumes more than 90% of the methane released into the hydrosphere and atmosphere. In this study, the microbial community associated with the methane gas hydrate sediment in the Ulleung basin, East Sea of Korea (UBGH) was analyzed by phylogenetic analysis of the mcrA and 16S rRNA gene libraries. A vertical stratification of the dominating anaerobic methane oxidizer (ANME)-1 group was observed at the surface and the sulfate methane transition zone (SMTZ). The ANME-2c group was found to be dominant in the high methane layer. The archaea of marine benthic group B, which is commonly observed in the AOM region, accounted for more than 50% of the identifications in all sediments. Nitrate reducing bacteria were predominant at SMTZ (Halomonas: 56.5%) and high methane layer (Achromobacter: 52.6%), while sulfate reducing bacteria were not found in UBGH sediments. These results suggest that the AOM process may be carried out by a syntrophic consortium of ANME and nitrate reducing bacteria in the gas hydrates of the Ulleung Basin of the East Sea.

• Microbiology and Biotechnology Letters
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• v.42 no.1
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• pp.32-40
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• 2014

Methane oxidation and the production potentials of ground soil (soil A) and garden soil (soil B, C, & D) in an urban school were evaluated, and the methanotrophic and methanogen communities in the soil samples were quantified using quantitative realtime PCR. The methanotrophic community in the raw soil A sample possessed a $6.1{\times}10^3$ gene copy number/g dry weight soil, whereas those in the raw soils B~D samples were $1.6-1.9{\times}10^5$ gene copy numbers/g dry weight soil. Serum bottles added with the soil samples were enriched with methane gas, and then evaluated for their methane oxidation potential. The soil A sample had a longer induction phase for methane oxidation than the other soils. However, soil A showed a similar methane oxidation potential with soils B~D after the induction phase. The methanotrophic community in the enriched soil A sample was increased by up to $2.3{\times}10^7$ gene copy numbers/g dry weight soil, which had no significantly difference compared with those in soils B~D ($1.2-2.8{\times}10^8$ gene copy numbers/g dry weight soil). Methane production showed a similar tendency to methane oxidation. The methanogens community in raw soil A ($1.7{\times}10^5$ gene copy number/g dry weight soil) was much less than those in raw soils B~D ($1.3-3.4{\times}10^7$ gene copy numbers/g dry weight soil). However, after methane gas was produced by adding starch to the soils, soil samples A~D showed $10^7$ gene copy numbers/g dry weight soil in methanogens communities. The results indicate that methanotrophic and methanogenic bacteria have coexisted in this urban school's soils. Moreover, under appropriate conditions for methane oxidation and production, methanotrophic bacteria and methanogens are increased and they have the potential for methane oxidation and production.

• Microbiology and Biotechnology Letters
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• v.40 no.2
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• pp.152-156
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• 2012

Methanotrophic communities from freshwater wetland (FW), seawater wetland (SW), forest (FS), and landfill soils (LS) around Seoul of South Korea, were characterized using comparative sequence analyses of clone libraries. Proportions of Methylocaldum, Methlyococcus and Methylosinus were found to be greater in FW and SW, while Methylobacter and Methylomonas were more notable in FS and Methylocystis and Methylomicrobium more prominent in LS. Lag periods behind the initiation of methane oxidation significantly varied amongst the soils. Methane oxidation rates were greater in $FW{\geq}LS{\geq}SW>FS$ (p<0.05). Thus, the environmental setting is a significant factor influencing the communities and capabilities of methanotrophs.

• Journal of Wetlands Research
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• v.21 no.2
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• pp.95-101
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• 2019

In tidal flats that lack plants, methane ($CH_4$) fluxes are both positive (gas emission) and negative (gas "sinking") in nature. The levels of methanotroph populations significantly affect the extent of $CH_4$ sinking. This preliminary study examined $CH_4$ flux in tidal flats using a circular closed-chamber method to understand the effects of macroinvertebrate burrowing activity. The chamber was deployed over decapods (mud shrimp, Laomedia astacina and crab, Macrophthalmus japonicus) burrows for ~ 2 h, and the $CH_4$ and $CO_2$ concentrations were continuously monitored using a closed, diffuse $CH_4/CO_2$ flux meter. We found that Laomedia astacina burrow (which is relatively long) site afforded higher-level $CH_4$ production, likely due to diffusive emission of $CH_4$ in deep-layer sediments. In addition, the large methanotrophic bacteria population found in the burrow wall sediments has $CH_4$ oxidation (consumption) potential. Especially, nitrite-driven anaerobic oxidation of methane (AOM) may occur within burrows. The proposed $CH_4$-oxidation process was supported by the decrease in the ${\delta}^{13}C$ of headspace $CO_2$ during the chamber experiment. Therefore, macroinvertebrate burrows appear to be an important ecosystem environment for controlling atmospheric $CH_4$ over tidal flats.