• 한국토양비료학회지
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• 제48권6호
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• pp.697-704
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• 2015

This study was carried out to assess bioenergy conversion efficiency by biogas and solid fuel production in the cattle feedlot manure discharged from beef cattle barn. Feedlot manure was sampled from the cattle farmhouse located in Yong-in, Gyeonggi during the mid-fattening stage, periodically. The chemical characteristics, BMP (Biochemical methane potential) and HV (Heating values) of feedlot cattle manures were analyzed. Total solid contents of cattle feedlot manure were in the range of 29.98~44.28%, and volatile solid contents were in the range of 23.53~24.47%. In the anaerobic digestion of cattle feedlot manure, the methane production potential has increased from 0.141 to $0.187Nm^3kg^{-1}-VS_{added}$. The methane production of fresh cattle feedlot manure showed the range $0.141{\sim}0.187Nm^3kg^{-1}$-Manure (average $0.047Nm^3kg^{-1}$-Manure), the LHVs (lower heating values) of the produced methane were in the range of $316{\sim}560kcalkg^{-1}$-Manure (average $400kcalkg^{-1}$-Manure). In the direct combustion of fresh cattle feedlot manure, the LHVs were measured in the range of $747{\sim}1,271kcalkg^{-1}$-Manure (average $916kcalkg^{-1}$-Manure), and LHVs of solid fuel which have the water content of 20% were in the range of $2,694{\sim}2,876kcalkg^{-1}$-Manure (average $2,791kcalkg^{-1}$-Manure). Then, the drying energy of average $443kcalkg^{-1}$-Manure was consumed in the production of solid fuel which has a water content of 20%. Therefore, the direct combustion of cattle feedlot manure showed about 2.3 times higher LHV than the LHV of methane produced by anaerobic digestion. And LHV of solid fuel was about 6.0 times higher than the LHV of methane produced by anaerobic digestion. Then, the production of solid fuel presented more bioenergy conversion efficiency than the biogas production in the bioenergy use of cattle feedlot manure.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제28권2호
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• pp.280-289
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• 2015

Anaerobic digestion is an efficient and renewable energy technology that can produce biogas from a variety of biomasses such as animal manure, food waste and plant residues. In developing countries this technology is widely used for the production of biogas using local biomasses, but there is little information about the value of these biomasses for energy production. This study was therefore carried out with the objective of estimating the biogas production potential of typical Vietnamese biomasses such as animal manure, slaughterhouse waste and plant residues, and developing a model that relates methane ($CH_4$) production to the chemical characteristics of the biomass. The biochemical methane potential (BMP) and biomass characteristics were measured. Results showed that piglet manure produced the highest $CH_4$ yield of 443 normal litter (NL) $CH_4kg^{-1}$ volatile solids (VS) compared to 222 from cows, 177 from sows, 172 from rabbits, 169 from goats and 153 from buffaloes. Methane production from duckweed (Spirodela polyrrhiza) was higher than from lawn grass and water spinach at 340, 220, and 110.6 NL $CH_4kg^{-1}$ VS, respectively. The BMP experiment also demonstrated that the $CH_4$ production was inhibited with chicken manure, slaughterhouse waste, cassava residue and shoe-making waste. Statistical analysis showed that lipid and lignin are the most significant predictors of BMP. The model was developed from knowledge that the BMP was related to biomass content of lipid, lignin and protein from manure and plant residues as a percentage of VS with coefficient of determination (R-square) at 0.95.This model was applied to calculate the $CH_4$ yield for a household with 17 fattening pigs in the highlands and lowlands of northern Vietnam.

• 한국토양비료학회지
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• 제44권5호
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• pp.903-915
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• 2011

최근 농산 바이오매스를 이용한 혐기적 메탄생산은 가장 실질적인 바이오 에너지 생산 방법으로 주목받고 있다. 그러나 국내의 경우 폐기물 처리 측면에서 가축분뇨, 음식물쓰레기, 하수슬러지에 대한 혐기소화 연구가 주를 이루고 있으며, 농업생산과정에서 발생하는 각종 농산 바이오매스에 대한 혐기소화 연구는 매우 미흡한 실정이다. 특히 국내에서 농산 바이오매스의 혐기적 매탄 생산 퍼텐셜은 측정 방법이 표준화되어 있지 않아 다양한 연구자들의 연구결과를 비교 활용하는데 어려움이 있어 왔다. 외국의 경우 독일은 VDI 4630, 미국은 ASTM E2170-01을 혐기적메탄 생산 퍼텐셜 및 유기물 분해율 분석의 표준분석 방법으로 활용하고 있다. 따라서 독일과 미국의 메탄생산 퍼텐셜 분석법을 비교 검토하여 메탄 생산 퍼텐셜을 정의하고, 분석방법, 영향인자, 기술적인 계산 방법등을 고찰하였다. 한편 국내외 농산 바이오매스의 메탄 생산 퍼텐셜 측정 현황을 살펴보고자, 국내의 경우에는 1980년대에 실시되었던 볏짚 등의 18종의 농산 바이오매스와 식품산업부산물 등의 연구 자료를 조사하였으며, 국외는 43개 농산바이오매스에 대하여 곡류, 채소류, 특용작물, 과수, 기타작물로 분류하고, 사료작물인 사탕수수, 사탕무, 옥수수 등은 에너지 작물로 분류하여 216건의 메탄 생산 퍼텐셜에 대한 연구자료를 조사하였다.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권4호
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• pp.524-531
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• 2012

본 연구는 양돈슬러리의 혐기소화 효율 증진을 위하여 양돈슬러리를 고액분리 하고 이때 발생하는 슬러지케이크를 200, 220, 250, $270^{\circ}C$에서 각각 열가수분해 전처리하여 열가수분해 온도별 유기물의 가용화 효율과 혐기적 메탄생산 퍼텐셜을 분석하였다. 최종메탄생산퍼텐셜 ($B_u$)은 서로 다른 S/I 비율 (1:9, 3:7, 5:5, 7:3의 부피비)에서 73일간 혐기배양하여 구하였다. 양돈슬러리의 유기물 가용화율 ($S_{COD}$)은 $200{\sim}270^{\circ}C$ 열가수분해 반응에서 98.4~98.9%를 보였으며, 열가수분해액의 이론적 메탄생산퍼텐셜 ($B_{th}$)은 반응온도의 증가와 함께 증가하여 $200^{\circ}C$, $220^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $270^{\circ}C$에서 각각 0.631, 0.634, 0.705, $0.748Nm^3\;kg^{-1}-VS_{added}$로 나타났다. 열가수분해액의 최종메탄생산퍼텐셜 ($B_u$)은 $200^{\circ}C$의 열가수분해액에서 S/I 비율이 1:9에서 7:3으로 증가할수록 $0.197Nm^3\;kg^{-1}-VS_{added}$에서 $0.111Nm^3\;kg^{-1}-VS_{added}$로 감소하는 경향이 나타났으며, 다른 열가수분해 반응 온도 ($220^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $270^{\circ}C$)에서도 $200^{\circ}C$의 열가수분해액과 동일한 경향의 최종메탄생산퍼텐셜을 나타내었다. 유기물의 혐기적 분해율 ($B_u/B_{th}$)을 보면, $200^{\circ}C$ 열가수분해액은 S/I비율이 증가함에 따라 31.2%에서 17.6%까지 감소하였으며, $220^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $270^{\circ}C$의 열가수분해액에서 각각 36.4%에서 9.6%, 31.3%에서 0.8%, 26.6%에서 0.8%로 감소하는 것으로 나타나, 열가수분해 온도의 상승에 따라 유기물의 혐기적 분해능이 낮아졌다. 이러한 결과는 98% 대의 유기물 가용화율 ($S_{COD}$)을 보인 것과는 반대로 $250{\sim}270^{\circ}C$의 열가수분해액은 혐기소화에 분해저항성을 지니는 것으로 나타났다.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권4호
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• pp.532-539
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• 2012

BMP 시험을 통한 최종메탄생산퍼텐셜 ($B_u$)의 측정은 바이오매스로부터 전환할 수 있는 바이오에너지 양을 추산하고 혐기소화조를 설계하는데 중요한 인자이다. 본 연구에서는 $B_u$의 측정에 있어 기질과 접종액의 비율 (S/I ratio)이 미치는 영향을 분석하기 위하여 기질의 유기물 특성이 다른 양돈 슬러리의 탈수여액 (LF), 양돈슬러지 탈수케이크의 열가수분해액 (TH), 탈수여액과 열가수분해액의 혼합액 (Mix)을 이용하여 BMP 시험을 실시하였으며, 각각의 시료의 이론적 메탄생산퍼텐셜 ($B_{th}$)과 혐기적 유기물 분해율을 구하여 비교하였다. TH 시료의 $B_u$는 S/I 비율 0.1, 0.3, 0.5에서 각각 0.27, 0.44, $0.46Nm^3\;Kg^{-1}-VS_{added}$로 나타났으며, 이론적메탄생산퍼텐셜 ($B_{th}$) 대비 최종메탄생산퍼텐셜 ($B_u$)의 비율 ($B_u/B_{th}$)로 나타낸 혐기적 유기물 분해율은 S/I 비율 0.1, 0.3, 0.5에서 각각 50.04, 82.46, 86.47%이었으며, LF 시료의 경우 S/I 비율 0.1, 0.3, 0.5에서 $B_u$은 각각 0.64, 0.53, $0.40Nm^3\;Kg^{-1}-VS_{added}$이었으며, 혐기적 유기물 분해율은 각각 152.07, 122.67, 95.71%로 나타났다. Mix 시료의 경우 최종 메탄생산 퍼텐셜과 혐기적 유기물 분해율에서 LF 시료와 유사한 경향을 보였다. 본 연구에서는 양돈슬러리의 BMP시험에서 S/I비율에 따라 상이한 최종 메탄생산 퍼텐셜이 나타나며, 낮은 S/I 비율에서 최종 메탄생산 퍼텐셜이 과대평가되었다.

• 유기물자원화
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• 제30권1호
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• pp.13-21
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• 2022

버섯 폐배지는 버섯의 수확 후 발생하는 폐기물계 바이오매스로서 적정처리 방법의 부재와 위탁처리 비용의 상승으로 버섯재배 농가의 처리 부담을 증가시키고 있다. 본 연구에서는 버섯 폐배지의 적정처리를 위한 방법으로 혐기소화를 통한 바이오에너지화 방안을 검토하기 위하여 버섯재배 사용 전 배지(Mushroom medium; MM)와 사용 후 폐배지(Mushroom waste medium; MWM)의 메탄퍼텐셜을 분석하고 혐기소화 과정에서의 유기물의 분해특성을 파악하고자 하였다. 버섯재배 전과 후, MM과 MWM의 이론적 메탄퍼텐셜(B_th)은 0.481, 0.451 Nm³-CH₄/kg-VS_added으로 MWM에서 6.2% 낮았으나, 생화학적 메탄퍼셜은 0.155, 0.183 Nm³-CH₄/kg-VS_added으로 MWM에서 18% 증가하였다. Modified Gompertz model에 의한 반응속도 분석에서 MM과 MWM의 최대메탄생산량(R_m)은 각각 4.59, 7.21 mL/day이었으며, 지체성장기시간(λ)는 각각 2.78, 1.96 day으로 MWM에서 혐기소화 속도가 증가하였다. Parallel first order kinetics model에 의한 반응속도 분석에서 MM과 비교하여 MWM에서 이분해성 유기물(VS_e) 함량이 5.89%, 분해저항성 유기물(VS_p) 함량이 2.03% 높았으며, 난분해성 유기물(VS_NB) 함량은 7.85%가 낮았다. 따라서, 버섯재배 사용 전 배지보다 폐배지의 혐기소화 특성이 더 우수하였다.

• 자원리싸이클링
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• 제24권2호
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• pp.46-54
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• 2015

본 연구는 하수처리장에서 발생되는 생슬러지와 잉여슬러지를 대상으로 열적가용화 공정의 적용성을 평가하였다. 열적가용화 효율 및 특성평가는 각 슬러지를 대상으로 $100{\sim}220^{\circ}C$ 온도범위에서 30분간 전처리를 수행한 후 실시되었다. 그 결과, 가용화 온도가 상승함에 따라 $SCOD_{Cr}$, $NH_4{^+}$, VFAs 농도가 증가하는 경향을 확인할 수 있었다. 또한 COD 가용화효율 평가 결과, 온도 상승에 비례하는 경향이 나타나 열적가용화에 의해 가수분해 및 산발표 단계를 촉진시킨 것으로 판단된다. BMP (Biochemical Methane Potential) 실험을 통해 생슬러지의 경우 $220^{\circ}C$에서 가장 높은 biogas 생산량을 보여주었으나, 증가율은 5.6%로 열적가용화에 의한 효과가 미미한 것으로 나타났다. 반면 잉여슬러지의 경우 최대 38.8% ( $180^{\circ}C$) 증가하여, 열적가용화 공정은 잉여슬러지에 대한 적용성이 더욱 우수한 것으로 나타났다.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권2호
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• pp.156-161
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• 2012

Marine biomass is considered an important substrate for anaerobic digestion to recovery energy i.e. methane. Nevertheless, marine biomass has attracted little attention by researchers compared to terrestrial feedstock for anaerobic digestion. In this study, biochemical methane potential (BMP) test was used to evaluate generation of renewable energy from starfish. A cumulative biogas yield of $748{\pm}67mL\;g^{-1}VS^{-1}$ was obtained after 60 days of digestion. The cumulative methane yield of $486{\pm}28mL\;CH_4\;g^{-1}VS^{-1}$ was obtained after 60 days of digestion. The methane content of the biogas was approximately 70%. The calculated data applying the modified Gompertz equation for the cumulative $CH_4$ production showed good correlation with the experimental result obtained from this batch study. Since the result obtained from this study is comparable to results with other substrates, marine biomass can be co-digested with food waste or swine wastewater to produce $CH_4$ gas that will help to reduce the gap in global energy demand.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권10호
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• pp.15-21
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• 2014

본 연구는 부산시 남부하수처리장의 탈수슬러지를 이용하여 전처리에 따른 분해 및 혐기성 상태에서의 최종 메탄 및 이산화탄소 발생량을 평가하기 위해 Biochemical Methane Potential(BMP) 실험을 실시하였다. 초기 1 % TS 농도의 탈수슬러지를 각각 30분 동안 5M NaOH를 이용하여 알칼리 전처리를 실시하였고 초음파 전처리는 30분 동안 조사밀도를 1.5 W/mL로 조절하여 실시하였으며 알칼리와 초음파 전처리를 병합한 동시 전처리를 시행하였다. 그에 따라 SCOD 값이 초기 33.1 mg/L에서 최대 494 mg/L로 증가하였다. 또한 BMP 실험을 실시한 결과 31.2~84.2 mL $CH_4/g$ VS, 9.2~13.5 mL $CO_2/g$ VS로 나타났다. 영양배지와 상등액 슬러지를 주입여부에 따른 BMP 실험을 실시한 결과 각각 73.1, 73.8 mL $CH_4/g$ VS, 11.2, 13.6 mL $CO_2/g$ VS으로 나타났으며 모델값과는 큰 차이를 보이지 않았다. BMP 실험을 종료 후 VS를 분석한 결과 초기 62 %에서 33.8~45.4 %로 감소하였다. 알칼리, 초음파 전처리보다는 동시 전처리가 메탄발생량과 SCOD 값을 증가시켰으며 VS 감소율이 증가하여 혐기성 소화율이 향상되었다.

• 한국환경농학회지
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• 제42권4호
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• pp.427-434
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• 2023

본 연구에서는 볏짚과 토마토와 같은 농업부산물이 우분의 혐기성 소화를 통한 메탄 생성에 미치는 영향을 알아보기 위해 각 기질을 단독 소화한 것과 혼합 소화한 것을 비교하였다. 우분의 경우 토마토와 병합 소화했을 때 우분 단독 소화 시보다 메탄 생성량이 증가하였고, 혼합 기질 내 토마토 함량이 중요한 역할을 하였다. 본 연구를 통해 농업부산물을 활용한 분뇨의 바이오가스화 향상 가능성을 확인하였다.