• 한국미생물·생명공학회지
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• 제45권3호
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• pp.185-199
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• 2017

메탄은 자연적인 발생원과 인위적인 발생원에 의해 배출되며 지구온난화를 야기하는 대표적인 온실가스이다. 메탄을 탄소원과 에너지원으로 이용하는 메탄산화세균은 메탄의 생물학적 산화에 중요한 역할을 한다. 메탄산화세균의 서식지는 매우 다양하며 메탄산화반응의 핵심 효소인 methane monooxygenases (MMOs)는 메탄뿐 아니라 다른 기질을 산화할 수 있는 기질특이성을 가지고 있다. 이러한 메탄산화세균의 특성으로 인해 생물학적 메탄 저감 기술과 생물정화기술 분야에서 메탄산화세균의 활용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 총설 논문에서는 메탄산화세균의 종류, MMOs의 특성과 메탄산화세균의 고농도 배양 기술에 관한 최근 정보를 정리하였다. 또한 메탄산화세균을 이용한 생물학적 메탄 저감 관련 실험실 규모와 매립지 현장에서의 기술 개발 현황 및 적용 결과를 소개하였다. 이러한 생물학적 메탄 저감 시스템에서 메탄산화세균의 군집 거동 특성도 고찰하였다. 마지막으로, 메탄산화세균을 활용한 생물공학기술의 혁신을 위해 필요한 과제로 대사활성이 우수하거나 신규 대사능력을 가진 메탄산화세균의 지속적인 탐색 연구, 고농도 세포 대량배양기술 개발 및 미생물 컨소시움(메탄산화세균과 비메탄산화세균의 컨소시움) 디자인 및 관리 기술 등이 필요함을 제안하였다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제41권2호
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• pp.215-220
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• 2013

Tobermolite, perlite 및 polyurethane을 충전재로 이용한 바이오필터에 의한 메탄제거 기술이 개발되고 있다. 본 연구에서는 이들 충전재가 메탄산화능에 미치는 영향을 알아보았다. 습지토양과 매립지토양에서 분리한 혼합 메탄산화세균(consortium A, B, C and D)를 접종원으로 하고, 메탄산화속도와 메탄산화세균 수에 미치는 담체(perlite, tobermolite,polyurethane)의 영향을 조사하였다. Perlite를 첨가한 경우 메탄산화속도는 대조군 (담체 미첨가)보다 두 배 이상 증가하였고, 메탄산화세균 수도 10배 이상 증가하였다. Tobermolite를 첨가한 경우에는 일반세균 수 대비 메탄산화세균의 비율이 대조군과 다른 담체에 비해 높았다. 이는 tobermolite가 메탄산화세균이 우점할 수 있는 특이적 담체로 작용함을 시사한다. 이상의 결과로 부터 perlite와 tobermolite는 메탄산화세균의 활성을 증가시키는 서식지를 제공하며 메탄산화 공정시스템에 적용 시 좋은 담체의 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 환경영향평가
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• 제13권4호
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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.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2010년도 춘계학술발표논문집 2부
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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.

• 에너지공학
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• 제8권1호
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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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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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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.

• 미생물학회지
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• 제50권3호
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• pp.191-200
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• 2014

가스 하이드레이트는 높은 지구 온난화 잠재력을 가지고 있는 메탄가스를 해수 또는 대기 중으로 유입시킬 수 있어 전 지구적 탄소순환과정과 기후 변화에 중요한 역할을 한다. 따라서 해양 또는 대기로 방출되는 메탄의 90% 이상을 미생물 반응을 통해 산화시킬 수 있는 혐기적 메탄산화 과정이 매우 중요하다. 본 연구에서는 동해 울릉분지내 메탄 가스 하이드레이트 퇴적토에 서식하는 미생물 군집의 mcrA 유전자와 16S rRNA 유전자를 분석하였다. 혐기적 메탄산화 고세균(Anaerobic methane oxidizer: ANME) 군집의 수직적 분포를 조사한 결과, 표층과 황산염 메탄전이대(Sulfate methane transition zone: SMTZ)에서는 ANME-1 그룹이, high methane 층에서는 ANME-2c 그룹이 우점하였다. 16S rRNA 유전자를 이용한 고세균의 군집분석 결과, 혐기적 메탄산화가 일어나는 지역에서 주로 발견되는 marine benthic group-B가 50% 이상의 비율로 우점하였다. 세균의 경우 질산염을 환원시킬 수 있는 세균이 SMTZ (Halomonas 속: 56.5%)와 high methane 층(Achromobacter 속: 52.6%)에서 우점하였으며 황산염 환원 세균 군집은 확인되지 않았다. 동해 울릉분지 메탄가스 하이드레이트의 혐기적 메탄산화과정은 일반적으로 해양 퇴적토에서 알려진 혐기적 메탄산화 고세균과 황산염 환원 세균과의 공생에 의한 반응이 아닌 혐기적 메탄산화 고세균과 질산염 환원세균에 의한 반응이 주도할 것이라 생각된다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제42권1호
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• pp.32-40
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• 2014

본 연구에서는 도심 학교 운동장(soil A)과 화단(soil B, C, & D)에서 채취한 토양의 잠재적인 메탄 산화 및 생성능을 평가하였다. 토양 원시료 중 메탄 산화균 수를 정량 분석한 결과, 운동장 토양(soil A)는 $6.1{\times}10^3$ gene copy number/g dry weight soil이었으나, 화단 토양(soil B~D)는 $1.6-1.9{\times}10^5$ gene copy number/g dry weight soil이었다. 토양을 넣은 혈청병에 메탄 가스를 주입하여 잠재 메탄 산화능을 평가한 결과, 운동장 토양은 다른 토양보다 메탄을 산화하기까지 긴 유도기를 보였으나, 유도기 이후에는 화단 토양과 거의 유사한 메탄 산화능을 나타냈다. 또한 운동장 토양의 메탄 산화균 수는 $2.3{\times}10^7$ gene copy number/g dry weight soil까지 증가하여 화단 토양의 메탄 산화균 수($1.2-2.8{\times}10^8$ gene copy number/g dry weight soil)과 유의적 차이를 보이지 않았다. 교정에서 채취한 토양의 메탄 생성 거동도 메탄 산화와 유사한 패턴을 보였다. 토양 원시료의 메탄 생성균 수는 화단 토양($1.3-3.4{\times}10^7$ gene copy number/g dry weight soil)에 비해 운동장 토양($1.7{\times}10^5$ gene copy number/g dry weight soil)이 훨씬 적었다. 그러나 토양에 유기물을 첨가한 후 메탄 생성 현상이 발휘된 후에는 메탄 생성 균수는 운동장 토양과 화단토양 모두 $10^7$ gene copy number/g dry weight soil 수준이었다. 본 연구를 통해 도심 교정에서 채취한 네 종류의 토양은 모두 메탄 산화균 및 생성균을 가지고 있으며, 메탄 산화와 생성에 적합한 조건이 되면, 메탄 산화균 및 생성균의 개체군이 증가하여 메탄을 산화하거나 생성할 수 있는 잠재력을 지니고 있음을 알 수 있었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제40권2호
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• pp.152-156
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• 2012

서울 근교의 민물 습지(FW), 해수습지(SW), 산림 토양(FS) 그리고 매립지 복토(LS)의 메탄산화세균 군집을 clone library/sequencing 기법을 이용하여 분석하였다. 메탄산화세균인 Methylocaldum, Methlyococcus과 Methylosinus는 FS와 SW에서 풍부하였으며, Methylobacter와 Methylomonas는 FW에서 풍부하였고, Methylocystis와 Methylomicrobium은 LS에서 우점하였다. 메탄 산화가 관찰되기 전까지 필요한 lag phase는 각 토양별로 유의적으로 차이가 있었고, 메탄 산화속도는 $FW{\geq}LS{\geq}SW>FS$순이었다. 이러한 결과들은 토양의 환경조건은 메탄산화세균의 군집과 메탄산화능에 영향을 미치는 중요한 인자임을 시사한다.

• 한국습지학회지
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• 제21권2호
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• pp.95-101
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• 2019

식생이 없는 갯벌에서 메탄($CH_4$) 플럭스는 배출과 흡수 양상을 보인다. 특히 메탄영양세균 개체군은 메탄 흡수에 상당한 영향을 준다. 본 예비연구는 거대 무척추 동물의 서식활동(bioturbation) 영향을 이해하기 위해 원형 밀폐 챔버 방법을 사용하여 갯벌에서 메탄 플럭스를 조사하였다. 챔버는 십각목(decapoda)의 mud shrimp(Laomedia astacina)와 crab(Macrophthalmus japonicas) 서식굴에 약 2시간 동안 배치되었고, 메탄과 이산화탄소($CO_2$) 농도는 밀폐된 $CH_4/CO_2$ 확산 플럭스 관측 장비를 사용하여 지속적으로 모니터링 되었다. 서식굴 길이가 긴 Laomedia astacina 위치에서는 깊은 퇴적층의 메탄 방출 때문에 상대적인 높은 수준의 메탄 발생을 일으킨 것으로 나타났다. 또한, 서식굴 퇴적물에서 발견되는 메탄영양세균 개체군은 메탄 산화(oxidation) 잠재력을 나타냈다. 특히 서식굴 내 아질산염 관련 혐기성 산화(anaerobic oxidation of methane, AOM)가 확인되었다. 이러한 메탄 산화 발생은 챔버 실험 동안 이산화탄소의 탄소 안정동위원소비(${\delta}^{13}C$) 감소로 뒷받침되었다. 따라서 갯벌에서 무척추 동물의 서식활동은 대기 중 메탄 농도를 제어할 수 있는 중요한 생태계 환경으로 보인다.