슬러지의 안정화, 휘발성 고형물 감소, 바이오가스 생산을 위해 혐기성 소화공정이 슬러지의 처리 방안으로 연구됐다. 본 연구에서는 하 폐수 슬러지(MWS, IWS), 혼합슬러지(Mix), 탈수슬러지(MWSC)를 대상으로 바이오가스 생산 가능성을 살펴보기 위해 Total solids, Volatile solids, 원소분석, BMP 실험을 하였다. Total solids 함량은 11.2~20.6 %의 값을 가지며 Volatile solids의 함량은 TS의 62.1~83.1 %의 값을 가지고 있다. C/N비는 4.96~8.33의 값을 나타났다. BMP test를 한 결과 혼합슬러지의 경우 약 20일, 하 폐수 슬러지의 경우 약 16~17일에 메탄발생이 종료되었다. 탈수케이크는 약 10일까지 메탄이 발생하였으며 가장 빨리 메탄발생이 종료되었다. 누적 메탄발생량의 경우 혼합슬러지가 395.50 mL $CH_4/g$ VS으로 가장 높은 누적 메탄 발생량을 가진다. 누적 이산화탄소 발생량은 탈수케이크를 제외하고 비슷한 값을 보이고 있다.
벼 재배시 경운과 재배방법 따른 메탄 발생량 및 토양탄소함량변화를 구명하기위해 경운-이앙, 경운-무논점파, 최소경운-건답직파 및 무경운-건답직파를 비교하는 시험을 수행한 결과 다음과 같다. 1. 메탄 발생량은 경운-이앙 처리구에서 가장 많았으며 경운-무논점파>최소경운-건답직파=무경운 건답직파 순으로 적었다. 2. 메탄의 발생량과 벼 생육과의 관계를 보면 생육초기 작물의 생체량이 많아질수록 메탄 발생량이 증가는 경향을 보였다. 3. 토양 탄소함량은 시험전과 비교하여 경운-이앙 처리구에서 가장 낮은 값을 나타내었고, 최소경운-건답직파와 무경운 처리구에서 높은 값을 나타내었다. 4. 최소경운-건답직파 및 무경운 처리구의 쌀수량이 경운-이앙 처리구에 비해 다소 적었으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다.
잎새버섯을 건조시 킨 후 메탄올과 물로 추출하여 생리활성을 측정하고 관능검사로 최적 음료 조건을 조사하였다. 건조한 잎새버섯을 메탄올과 물로 추출한 후 수율과 폴리페놀 함량은 메탄을 추출물 28.7%, 130 mg/100 g, 물 추출물 49.2%, 327 mg/100 g으로 물 추출물이 수율 1.7배, 폴리페놀 함량은 2.5배가량 높았다. 잎새버섯의 DPPH 라디칼 소거능은 메탄을 추출물에서 65.4%,물 추출물에서 76.3%으로 높았으나 SOD 유사활성능은 $1,000{\mu}g/mL$에서 $26.3{\sim}33.8%$로 낮은 것으로 나타났다. 또한, ACE 저해 효과는 메탄을 추출물에서 41.2%,물 추출물에서 75.1%로 나타났다. Tyrosinase 억제 효과는 메탄을 추출물에서 31.8%, 물 추출물에서 42.5%이었다. 이상과 같이 메탄을 추출물보다는 물 추출물에서 생리적 기능이 높음을 확인하였기에 물 추출물을 음료 제조에 이용하였다. 그 결과, 잎새버섯 음료의 최적 배합비는 잎새버섯 물 추출물 0.5%, oligosaccharide 8.0%, green tea extract 2%, jujube extract 2%, solomon's seal extract 1.0%, vitamin C 0.01%, apple extract 2%이었으며, 이 때 최종 음료의 당도는 9.8 Brix, 색도는 L, $35.05{\pm}1.08;$ a, $3.24{\pm}0.19;$ b, $13.64{\pm}0.33$으로 나타났다.
이번 연구는 반추동물의 메탄 감소에 효과가 있는 천연 사료첨가제를 찾고자 실시하였다. 왕대의 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량은 각각 43.54 mg CE/g 및 17.13 mg QE/g이였으며, DPPH 및 ABTS 유리기 소거 활성은 IC50 값이 각각 163.13 및 97.07 ㎍/mL으로 측정되었다. In vitro 시험은 왕대의 첨가수준을 달리하여 발효 시간대별(6, 12, 24 및 48 hr) 실시하였다. pH는 발효시간동안 적정 범위였으며, 건물 소화율 및 미생물 성장량은 모든 발효 시간대별 처리구에서 대조구와 유의적(P>0.05)인 차이를 보이지 않았다. 총 가스 발생량은 발효 6 및 24시간에 첨가량이 증가함에 따라 감소(Linear effects, 6 hr, P=0.0004; 12 hr, P=0.0055)하였다. 메탄 및 이산화탄소 발생량은 발효 48시간대 첨가량이 증가함에 따라 감소하였다(Linear effects, P=0.022; P=0.0188). 또한 왕대의 첨가는 총 휘발성 지방산 생성량에 부정적인 영향을 미치지 않았고, 발효 48시간대 butyrate 함량은 첨가량이 증가함에 따라 증가(Linear effects, P=0.0001)하였다. 따라서 플라보노이드를 함유하고 있는 왕대의 첨가는 in vitro 반추위 메탄을 저감할 수 있고 발효성상에 부정적인 영향을 미치지 않았다. 그러므로 반추동물 메탄저감 첨가제로서의 활용 가능성이 있을 것으로 기대된다.
동해 울릉분지 사면에서 채취된 코아 PC1과 PC2의 탄산염 함량 변화를 조사하였다. 코아 PC1과 PC2의 탄산염 함량은 각각 0.6-17.2% 그리고 0.3-43.0%의 변화를 보였다. 코아 PC1의 MIS 1에 해당되는 상부구간에서 탄산염 함량은 5% 미만의 값을 보이는 반면, MIS 2에 해당되는 하부구간에서 탄산염 함량은 10% 이상의 높은 값을 보인다. 코아 PC1의 탄산염 함량 결과는 동해 퇴적물의 탄산염 함량 변화에 대한 이전 연구들의 결과와 유사하다. 코아 PC2 경우, 상부구간의 탄산염 함량은 코아 PC1의 상부구간과 비슷한 값을 보였다. 하지만, 코아 PC2 하부구간의 탄산염 함량은 40% 이상의 매우 높은 값을 보였다. XRD와 SEM 분석에 의하면 코아 PC2 하부구간(MIS 2)에서 보이는 매우 높은 탄산염 함량은 일반적인 생물기원의 탄산염 광물보다는 자생적으로 형성된 탄산염 광물이 많다는 것을 확인했다. 이러한 자생기원의 탄산염 광물들은 울릉분지에서 발견된 메탄 하이드레이트의 해리와 관련되어 형성되는 것으로 해석된다.
석유의 고갈과 고유가 시대에 직면한 현재 전 세계적으로 매장량이 풍부하고 안정적으로 공급이 가능한 석탄 활용에 대한 관심이 급격히 증가하고 있다. 석탄의 활용 분야 중 석탄 가스화(Coal gasifier)에서 유도된 합성가스를 이용하여 합성천연가스(SNG) 생산을 할 수 있는 메탄화(Methanation) 공정에서는 대부분 Ni계열 촉매를 사용하고 있는데, 촉매를 설계하는 관점에서 담체(Support), 조촉매(Promoter), Ni의 함량 등과 같은 설계 변수에 따라 촉매의 활성과 함께 메탄 수율이 결정된다. 본 연구에서는 다양한 담체상에 Ni를 담지 하여 20bar 압력에서 SNG 반응에 높은 활성을 보일 수 있는 촉매를 확보하고자 실험을 수행하였으며, 그 결과 $NiO/SiO_2-Al_2O_3$ 촉매가 가장 우수한 활성을 보이는 것을 알 수 있었다. 또한 $NiO/SiO_2-Al_2O_3$ 상에 Cerium, Ferric oxide 조촉매를 첨가하여 SNG 반응 활성 평가를 수행하였다.
동해 울릉분지에 분포하는 천부 가스의 특성을 파악하기 위해서 분지 남동부 해역에서 채취한 시추 코아 (98EEZ-3)에서 가스를 포집하여 탄화수소 가스의 함량, 성분 및 탄소 동위원소 분석을 실시하였다. 또한 가스의 함량과 시추 코아 퇴적물의 연관성 및 특성을 파악하기 위해서 시추 퇴적물에 대해서 유기 지화학 분석을 실시하였다 시추 코아에서 포집된 천부가스 중 탄화수소 가스의 함량은 755.3 ppm에서 6176.7 ppm을 나타났다. 탄화수소 가스로는 메탄의 함량이 가장 우세해서 $697.9{\~}6054.4 ppm$을 포함하였고 메탄 외의 탄화수소 성분으로는 에탄, 프로판, 부탄, 헥산이 소량 분석되었다. (100 ppm 이하). 퇴적물 분석 결과 총 탄소는 $1.84{\~}5.11{\%}$,유기탄소는 $0.29{\~}2.65{\%}$의 함유량을 나타냈다. 총 유기탄소와 총 질소의 비율은 분석 구간 중 일부를 제외하고는 10 이상으로 육상 기원 유기물의 유입이 우세했음을 시사한다. 포집된 총 탄화수소 가스 중 메탄의 성분비와 탄소 안정 동위원소 비를 고려하면 울릉분지 남동부에 분포하는 천부가스는 열기원 가스가 우세하고 일부는 생물기원 가스와 흔합되어 나타나는 양상을 나타낸다. 시추 퇴적물 중 유기물의 열적 성숙도는 동위원소 결과에 따른 가스의 열성숙 단계 보다 낮게 나타나서 시추구간보다 심부에서 생성된 열기원 가스가 이동하여 현재의 위치에 집적되어 있는 것으로 해석된다.
Hot filament CVD 방법에서 가스압을 증가시키는 방법을 사용하여 nanocrystalline 다이아몬드 막을 합성하였다. 메탄-수소 혼합가스를 사용하고 메탄함량, 유량, 기판온도합성시간은 각각 4%, 100sccm, 110$0^{\circ}C$, 10시간으로 일정하게 유 였다. 합성 변수로서 가스압을 40 Torr에서 300 Torr 구간에서 변화시켰다. High-resolution SEM으로 막 표면의 형상을 관찰하고, TEM, XRD, micro-Raman spectroscopy를 사용하여 합성된 막의 구조 및 특성을 분석하였다. 합성된 다이아몬드 막은 압력이 높아짐에 따라 mocrocrystalline 다이아몬드 막에서 점진적으로 nanocrystalline 다이아몬드 막으로 변화해갔으며, 가스압에 다라 비다이아몬드 상의 량이 증가하였다. 증착속도는 microcrystalline 다이아몬드 막이 형성되는 구간에서는 압력에 따라 1.1~1.3 $\mu\textrm{m}$/h까지 증가하다가 nanocrystalline 다이아모느 막이 형성되는 구간에서는 압력에 따라 감소하였다. 감소하였다.
본 연구의 목적은 농업에서 발생하는 식물체 잔사 종류별 투입비율에 따른 메탄 잠재 발생량을 예측하는 것이다. 바이오가스를 생산하기 위하여 보릿짚 및 유채대 등의 식물체 잔사를 다양한 투입율로 사용하여 세륨병에서 실험을 수행하였다. 표면 방법론의 운동방법을 통하여 메탄 생산은 Gomperz 수식에 적합한 것으로 나타났다. 중온소화 시 식물체 잔사별 바이오가스 생산에 있어, 최대생산량은 보릿짚 및 유채대 투입율 1%로 혐기소화 후 각각 6.8일에 37.2 mL/g과 7.5일에 28.0 mL/g로 나타났다. 중온소화 시 메탄 함량은 보릿짚 및 유채대 투입율 5%로 혐기소화 후 각각 5.5일에 61.7%와 3.4일에 75.0%로 가장 높게 관측되었다. 중온 소화시 최대 메탄 잠재발생량은 1% 보릿짚 투입율에서 159.59 mL/g 와 3% 유채대 투입율에서 156.62 mL/g로 산정되었다. 전반적으로 중온소화 시 바이오매스 투입율은 유채대 3% 및 보릿짚 1%를 투입하는 것이 적정 비율인 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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