• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.27 no.2
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• pp.41-49
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• 2019

Livestock manure is a significant source for greenhouse gas (GHG) emission, and a huge amount of GHG emission is generated during its storage. In the present work, lowering temperature was attempted to mitigate methane ($CH_4$) emission from cattle manure (CM) with high solid content. CM was stored for 60 d at $15-35^{\circ}C$ ($5^{\circ}C$ interval). $CH_4$ emission reached $63.6{\pm}3.6kg\;CO_2\;eq./ton\;CM$ at $35^{\circ}C$, which was reduced to $51.6{\pm}1.8$, $24.1{\pm}4.4$, $14.9{\pm}0.5$, and $3.7{\pm}0.1kg\;CO_2\;eq./ton\;CM$ at 30, 25, 20, and $15^{\circ}C$, respectively. After storage, 30% of COD reduction was observed in the CM stored at $35^{\circ}C$, while the COD removal decreased to only 6% at $15^{\circ}C$. It was found that only 3-11% of COD removal was done by anaerobic process, while the rest of COD removal was done by aerobic biological process. Methanobrevibacter and Methanolobus were found to be the dominant species in the CM, and the dominance of Methanolobus psychrophilus increased at lower storage temperature. Specific methanogenic activity test results showed that the inhibition by low temperature was temporal.

• 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.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.34 no.11
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• pp.765-771
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• 2012

In this study, the biochemical methane potentials of different agricultural residues produced from agricultural plastic greenhouse were determined. Additionally, ensiling storage practice was applied on agricultural residues for its effect on biogas production. Agricultural residues of cabbage, strawberry, tomato, cucumber, and oriental melon were selected as sample. The methane potential and biodegradability of agricultural residues ranged from 149~286 mL-$CH_4/g$-VS, 27~48% (by vol.), respectively and methane production was in order of cabbage > oriental melon > strawberry ${\approx}$ cucumber > tomato. Ensiling caused difference in methane production in a range of -11~36% (by vol.) per VS compared with raw material. An increase in methane potential was presumably linked to the organic acid accumulation, cellulose degradation and decrease in methane potential was due to chemical composition change, ammonia accumulation during the storage process.

• Journal of the Korean Solar Energy Society
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• v.21 no.4
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• pp.29-35
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• 2001

The chemical heat storage as the one way of utilization for high temperature solar energy was considered. The stram reforming reaction of methane was chosen for endothermic reaction. The reactor was made of stainless steel tube and it's dimension was 0.635 cm I.D. and 30 cm long, coiled tube because of the geometry requirement of solar receiver The effects of space velocity and reactants mole ratio on the methane conversion and CO selectivity were examined. From the experimental results, the optimum steam/methane mole ratio was determined.

• Journal of the Korean Solar Energy Society
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• v.21 no.3
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• pp.1-8
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• 2001

The chemical heat storage as the one way of utilization for high temperature solar energy was considered. The stram reforming reaction of methane was chosen for endothermic reaction. The reactor was made of stainless steel and the dimension was 6.25 mm I.D. and 30 cm long coiled tube because of the geometry requirement of solar receiver. The methane conversion was increased linearly with reaction temperature and nickel content of catalyst. The methane conversion was 60% at $600^{\circ}C$ and 90% at $900^{\circ}C$. The feasibility of steam reforming of methane as the conversion of solar energy to chemical heat storage was confirmed.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.218.1-218.1
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• 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
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• 2010.06a
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• pp.215.1-215.1
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• 2010

가스 하이드레이트는 작은 고체 부피 내에 막대한 양의 가스를 저장할 수 있다는 특성으로 인하여, 최근 천연가스 혹은 메탄의 저장 매체로 활용하기 위한 연구가 활발히 진행중에 있다. 하지만 실제 응용을 위해서는 미세구조 분석이 수행되어 하이드레이트 형태로 저장할 수 있는 정확한 저장 용량을 파악할 필요가 있다. 본 연구에서는 여러가지의 고리형 에테르, 고리형 에스테르 및 고리형 케톤 화합물들을 테스트하여 메탄 가스와 반응하는 6가지의 새로운 sII 혹은 sH 하이드레이트 형성제를 파악하였다. 또한 새로이 발견된 형성제 모두에 대하여 하이드레이트 상평형도 측정하였다. 얻어진 상평형 데이터는 하이드레이트 안정영역과 게스트 분자 크기 간에 뚜렷한 상관관계가 있음을 입증하였다. 아울러 형성된 하이드레이트 샘플은 고체 분말 X-선 회절과 고체상 13C NMR 분석을 수행하여 하이드레이트 구조와 게스트 포집률을 조사하였다. 마지막으로, 비슷한 화학 구조식을 갖고 있음에도 2-methyltetrahydrofuran과 3-methyltetrahydrofuran, 혹은 4-methyl-1,3-dioxane과 4-methyl-1,3-dioxolane은 서로 다른 하이드레이트 결정 구조를 보여 주었는데, 이러한 차이는 하이드레이트 결정 구조를 결정짓는 게스트 분자 크기, 즉 임계 게스트 분자 크기를 파악하는 데에도 매우 유용한 정보를 제공할 수 있을 것이라 판단된다.

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.27 no.3
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• pp.81-89
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• 2019

The major problem encountered during the storage of pig slurry (PS) is the release of huge amounts of greenhouse gases (GHGs), which are dominated by methane ($CH_4$). To reduce this, concentrated sulfuric acid has been used as an additive to control the pH of pig slurry to 5.0-6.0. However, other low-risk substitutes have been developed due to some limitations to its use, such as corrosiveness, and hazards to animal and human health. In this study, sugar addition was proposed as an eco-friendly approach for limiting $CH_4$ emission from PS during storage. The pH of PS has been reduced from $7.1{\pm}0.1$ (control) to $5.8{\pm}0.1$, $4.6{\pm}0.1$, $4.4{\pm}0.1$, $4.1{\pm}0.1$, and $4.0{\pm}0.1$, by the addition of 10, 20, 30, 40, and 50 g sugar/L, respectively. Lactate, acetate, and propionate were detected as the dominant organic acids and at sugar concentration above 20 g/L, lactate concentration represented 42-72% (COD basis) of total organic acids. For 40 d of storage, $20.6{\pm}2.3kg\;CO_2\;eq./ton\;PS$ was emitted in the control. Such emission, however, was found to be reduced to $8.7{\pm}0.4$ and $0.4{\pm}0.1kg\;CO_2\;eq./ton\;PS$ at 10 and 20 g/L, respectively. Small amount of $CH_4$ from PS at 10 g/L was emitted until 30 d of storage, while for rest of storage period, it has increased to $8.7{\pm}0.4kg\;CO_2\;eq./ton\;PS$ ( 40% of the control) when methanogens have recovered by increasing pH to 7.0. By the end of storage, VS and COD removal in the control reached 24% and 27%, while their ranges reached 15-4% and 12-17% in the sugar added experiments, respectively. It was found that more than 90% of COD removal was done by aerobic biological process.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.152.2-152.2
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• 2010

LFG는 매립된 폐기물 중 유기성분이 혐기성조건에서 미생물에 의해 분해가 되면서 발생하며, 이러한 매립지가스는 주변 지역의 자연 및 생활환경에 악영향을 미치기 때문에 소각 등의 방법으로 LFG를 처리하고 있다. 일반적으로 매립지로부터 발생하는 가스의 량은 폐기물 1톤 당 $150{\sim}250m^3$로서 매립 후 2~3년 후에 최대량이 발생하며 매립 후 20~30년 후까지 지속적으로 발생함으로 안정적인 LFG의 공급이 가능하며, 메탄함량이 50%인 경우 약 $5,000kcal/m^3$의 높은 발열량을 가지므로 대체에너지원으로 이용할 경우 환경적인 문제 해결 및 신재생에너지원으로 활용할 수 있다. LFG 자원화 할 경우 가장 안정적인 방안으로 발전 및 중질가스로 활용하는 것이나, 발전의 경우 최소 200만톤 이상의 매립용량을 갖추어야 경제적인 사업성을 확보할 수 있으며, 중질가스로 활용하는 경우 인근에 가스 수요처를 확보해야 하는 어려움이 있다. 만약 중 소규모의 매립장에서 발생하는 LFG를 안전하고 경제적인 조건으로 저장 및 수송할 수 있다면 중 소규모의 매립지에서 발생하는 LFG도 활용할 수 있을 것으로 기대되며, 안전하고 경제적인 저장과 수송기술을 통하여 발전이 아닌 중질가스로의 활용도 가능하게 될 것이다. 또한 여러 곳의 매립장에서 발생한 LFG를 한 곳으로 집중시켜 고질가스로 전환하는 설비비용을 절감할 수 있으며, 정제된 고질가스를 이용하여 발전보다 경제적인 자동차 연료나 도시가스로 활용할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 LFG의 저장과 수송기술 중 GTS 기술을 통하여 저장과 수송에 제약이 크고 많은 비용이 소비되는 기체 상태의 에너지원을 하이드레이트화 시킴으로서 중 소규모 매립지에서 상대적으로 적은 비용으로 가스저장과 지상수송이 가능하게 할 수 있다. 본 연구의 결과로 LFG 에너지화 실증화 플랜트를 설계/제작 하였으며, 메탄+이산화탄소+물 하이드레이트 형성 실험 결과 4.56 Mpa, 277.2 K 조건에서 3시간을 한 사이클로 하는 공정운전을 가지는 것을 확인하였다. 이때 생성된 슬러리상의 하이드레이트를 고압으로 배출하여 펠릿으로 형성시켰으며, 형성된 하이드레이트 펠릿의 경우 92.27%의 메탄을 포함하는 것을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.117-117
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• 2010

석탄 가스화에서 유도된 합성가스는 합성반응 공정을 통하여 합성석유, 메탄올(& DME), 합성천연가스(SNG) 등의 다양한 화학원료를 제조할 수 있어 이의 활용이 점차적으로 확대될 것이다. 이 중 SNG 공정의 경우, 석탄가스화기에서 생산된 합성가스는 집진, 탈황, 수성가스전환($H_2$/CO 비를 조절), $CO_2$ 제거 등의 공정을 거쳐 메탄화 반응기로 유도되는데, 메탄화 반응에서 $CO_2$가 반응에 참여하면 탄소포집 및 저장(CCS)의 부담을 크게 줄일 수 있어 이에 대한 관심이 커지고 있다. 특히, 상업용으로 활용되고 있는 단열반응기를 직렬로 연결할 경우, 메탄화반응의 발열로 인한 반응기내의 온도 상승으로 $CO_2$가 생성되는데 이후의 2차 또는 3차의 단열반응기에서 $CO_2$ 수소화반응이 진행되면 최종 생성물인 메탄의 수율이 증가하며, 뿐만아니라 생성물 중 포함된 수소의 농도를 낮출 수 있는 장점을 가지게 된다. 따라서, 본 연구에서는 Ni계 촉매를 사용하여 풍부한 $H_2$ 분위기에서 Fe를 첨가하여 이의 함량이 $CO_2$ 수소화반응의 탄소 전환율과 생성되는 메탄의 수율에 미치는 영향을 고찰하였다.