• 제목/요약/키워드: Biogas Utilization

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Evaluation of Biogas Production Performance and Dynamics of the Microbial Community in Different Straws

  • Li, Xue;Liu, Yan-Hua;Zhang, Xin;Ge, Chang-Ming;Piao, Ren-Zhe;Wang, Wei-Dong;Cui, Zong-Jun;Zhao, Hong-Yan
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제27권3호
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    • pp.524-534
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    • 2017
  • The development and utilization of crop straw biogas resources can effectively alleviate the shortage of energy, environmental pollution, and other issues. This study performed a continuous batch test at $35^{\circ}C$ to assess the methane production potential and volatile organic acid contents using the modified Gompertz equation. Illumina MiSeq platform sequencing, which is a sequencing method based on sequencing-by-synthesis, was used to compare the archaeal community diversity, and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) was used to analyze the bacterial community diversity in rice straw, dry maize straw, silage maize straw, and tobacco straw. The results showed that cumulative gas production values for silage maize straw, rice straw, dry maize straw, and tobacco straw were 4,870, 4,032.5, 3,907.5, and $3,628.3ml/g{\cdot}VS$, respectively, after 24 days. Maximum daily gas production values of silage maize straw and rice straw were 1,025 and $904.17ml/g{\cdot}VS$, respectively, followed by tobacco straw and dry maize straw. The methane content of all four kinds of straws was > 60%, particularly that of silage maize straw, which peaked at 67.3%. Biogas production from the four kinds of straw was in the order silage maize straw > rice straw > dry maize straw > tobacco straw, and the values were 1,166.7, 1,048.4, 890, and $637.4ml/g{\cdot}VS$, respectively. The microbial community analysis showed that metabolism was mainly carried out by acetate-utilizing methanogens, and that Methanosarcina was the dominant archaeal genus in the four kinds of straw, and the DGGE bands belonged to the phyla Firmicutes, Bacteroidetes, and Chloroflexi. Silage maize is useful for biogas production because it contains four kinds of straw.

A Study of Upgrading Real Biogas via CO2 Precipitation Route Under Indian Scenario

  • Gehlaut, Avneesh Kumar;Gaur, Ankur;Hasan, Shabih Ul;Park, Jin-Won
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제56권3호
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    • pp.381-387
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    • 2018
  • Our study focuses on upgrading real biogas obtained under Indian scenario using carbon capture and utilization (CCU) technology to remove carbon dioxide ($CO_2$) and utilize it by forming metal carbonate. Amines such as monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), and sodium hydroxide (NaOH) were used to rapidly convert gaseous $CO_2$ to aqueous $CO_2$, and $BaCl_2$ was used as an additive to react with the aqueous $CO_2$ and rapidly precipitating the aqueous $CO_2$. All experiments were conducted at $25^{\circ}C$ and 1 atm. We analyzed the characteristics of the $BaCO_3$ precipitates using X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy - Energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) analyses. The precipitates exhibited witherite morphology confirmed by the XRD results, and FT-IR confirmed that the metal salt formed was $BaCO_3$, and EDS showed that there were no traces of impurities present in it. The quantity of the $BaCO_3$ was larger when formed with DEA. Also, a comparison was done with a previous study of ours conducted in Korean conditions. Finally, we observed that the carbonate obtained using real biogas showed similar properties to carbonates available in the market. An economic analysis was done to show the cost effectiveness of the method employed by us.

도서지역 유기성 폐기물 성분분석을 통한 바이오가스 발생량 예측에 관한 연구 (A Research on Predicting Biogas Production of Organic Waste in Island Region)

  • 박재영;문진영;황용우;곽인호
    • 유기물자원화
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    • 제24권3호
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    • pp.45-52
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    • 2016
  • 본 연구에서는 I시 위치한 3개 도서에 대한 유기성폐기물의 성상분석 및 바이오가스 발생량을 예측하였다. 3개 도서지역의 대표 지점에서 채취한 유기성 폐기물 시료에 대하여 pH, BOD, COD, 삼성분(수분, 회분, 가연분)등의 총 6가지 항목들에 대한 성상분석을 실시하였다. 3개 도서지역의 성상검토결과를 토대로, COD값에 대한 총 메탄생성량 계산결과 연평균 $1,750,000m^3$이상의 메탄가스가 생성되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 도서지역 내 유기성 폐기물을 소각 등의 처리 시설이 아닌 바이오가스 생산시설로의 전환이 이루어진다면 유기성폐기물의 효율적 활용이 가능할 것으로 판단된다.

마이크로버블 장치를 이용한 하수처리장 바이오가스의 황화수소 제거 (Hydrogen Sulfide Removal of Biogas from Sewage Treatment Plant with Micro-bubble Generation System)

  • 정재억;정용준
    • 한국습지학회지
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    • 제22권4호
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    • pp.239-244
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    • 2020
  • 혐기성소화조에서 발생하는 바이오가스는 열과 전력을 생산하는데 사용되기 전에 불순물, 특히 황화물 제거 공정이 수반 되어야 한다. 본 연구에서는 시설용량 46,000㎡/d의 하수처리장을 대상으로 습식스크러빙 장치를 활용하여 운전 조건의 변화에 따른 메탄감소율과 황화수소 및 이산화탄소의 제거율을 평가하였다. 부분순환에서 장치 유입전 평균 59.7%의 CH4은 처리후 57.4%로 감소하여 3.9%의 감소율을 나타내어 마이크로버블 산화에도 불구하고 천천히 기화되는 것을 알 수 있었다. CO2의 경우 38%가 장치로 유입되어 32%로 배출됨에 따라 15.8%의 제거율을 나타냈다. 1,400ppm의 H2S는 DIWS장치로 유입되어 334ppm으로 배출되어 76.1%의 감소율을 나타냈다.

바이오가스 이용 기술지침 마련을 위한 연구(II) - 정밀모니터링 결과 중심으로 (A Study on Establishment of Technical Guideline of the Installation and Operation for the Biogas Utilization of Power generation and Stream - Results of the Precision Monitoring)

  • 문희성;배지수;박호연;전태완;이영기;이동진
    • 유기물자원화
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    • 제26권1호
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    • pp.65-78
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    • 2018
  • 본 연구는 유기성폐자원(가축분뇨, 음식물류폐기물, 음식물류폐수 등)의 바이오가스 이용에 대한 적정 설계 및 운전 기술지침서 마련하고자 현장조사와 정밀모니터링 등을 실시하였다. 정부의 중장기 바이오가스화 정책에 따라 폐자원의 자원화 시설 확충이 활발히 추진되고 있다. 하지만 생산된 바이오가스를 이용하여 발전 및 스팀으로 활용하는 시설은 효율이 아직은 저조하고 잦은 고장이 발생되고 있다. 전국 11개소 유기성폐자원 바이오가스화 시설을 대상으로 정밀모니터링을 실시하였다. 사계절 평균으로 정밀모니터링 결과를 정리하였을 때, 유기성폐자원 별 효율성 분석에서 유기성분해율은 VS기준 음식물/음폐수는 68.2 %, 가축분뇨는 66.8 %, 하수슬러지의 경우 46.2 %로 전체 평균 58.8 %로 분석되었다. 전처리 전후 바이오가스 성상을 분석한 결과 철염 및 탈황(건식, 습식)을 이용하여 전체 시설의 $H_2S$ 평균은 560 ppm으로 측정되었으며, 저감효율이 90% 이상인 경우 약 40 ppm 까지 감소할 수 있는 것을 확인하였다. 특히 소화조 내에 철염을 투입하면 처리효율 약 93 %이며, 평균 150 ppm까지 감소하는 것을 확인하였다. 제습의 경우 노점온도를 적용한 절대습도와 가스온도에 따른 상대습도를 분석하였으며, 제습설비가 유지보수가 잘되어 가동 중인 시설의 노점온도는 $14^{\circ}C$, 절대습도는 $12.6g/m^3$이며, 상대습도는 35 %로 측정되었다. 따라서 유기성폐자원의 바이오가스화 시설의 단점을 보완하고 바이오가스 이용 최적화 방안을 마련하기 위하여 정밀모니터링을 실시하였다.

농축산바이오매스 고온 혐기성 생분해도 평가 (Thermophilic Anaerobic Biodegradability of Agro-industrial Biomass)

  • 허남효;강호;이승헌
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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    • pp.101-101
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    • 2010
  • Anaerobic digestion(AD) is the most promising method for treating and recycling of different organic wastes, such as organic fraction of municipal solid waste, household wastes, animal manure, agro-industrial wastes, industrial organic wastes and sewage sludge. During AD, i.e. organic materials are decomposed by anaerobic forming bacteria and fina1ly converted to excellent fertilizer and biogas which is a mixture of carbon dioxide and methane. AD has been one of the leading technologies that can make a large contribution to produce renewable energy and to reduce $CO_2$ and other green-house gas(GHG) emission, it is becoming a key method for both waste treatment and recovery of a renewable fuel and other valuable co-products. Currently some 80% of the world's overall energy supply of about 400 EJ per year in derived from fossil fuels. Nevertheless roughly 10~15% of this demand is covered by biomass resources, making biomass by far the most important renewable energy source used to date. The representative biofuels produced from the biomass are bioethanol, biodiesel and biogas, and currently biogas plays a smaller than other biofuels but steadily growing role. Traditionally anaerobic digestion applied for different biowaste e.g. sewage sludge, manure, other organic wastes treatment and stabilization, biogas has become a well established energy resource. However, the biowaste are fairly limited in respect to the production and utilization as renewable source, but the plant biomass, the so called "energy crops" are used for more biogas production in EU countries and the investigation on the biomethane potential of different crops and plant materials have been carried out. In Korea, with steadily increasing oil prices and improved environmental regulations, since 2005 anaerobic digestion was again stimulated, especially on the biogasification of different biowastes and agro-industrial biomass including "energy crops". This study have been carried out to investigate anaerobic biodegradability by the biochemical methane potential(BMP) test of animal manures, different forage crops i.e. "energy crops", plant and industrial organic wastes in the condition of thermophilic temperature, The biodegradability of animal manure were 63.2% and 58.2% with $315m^3CH_4/tonVS$ of cattle slurry and $370m^3CH_4/tonVS$ of pig slurry in ultimate methane yields. Those of winter forage crops were the range 75% to 87% with ultimate methane yield of $378m^3CH_4/tonVS$ to $450m^3CH_4/tonVS$ and those of summer forage crops were the range 81% to 85% with ultimate methane yield of $392m^3CH_4/tonVS$ to $415m^3CH_4/tonVS$. The forge crops as "energy crops" could be used as good renewable energy source to increase methane production and to improve biodegradability in co-digestion with animal manure or only energy crop digestion.

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침출수 및 철킬레이트를 이용한 실규모 매립가스 내 황화수소 제거 (Hydrogen Sulfide Removal in Full-scale Landfill Gas Using Leachate and Chelated Iron)

  • 박종훈;김상현
    • 유기물자원화
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    • 제27권2호
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    • pp.51-56
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    • 2019
  • 황화수소는 매립가스와 바이오가스 사용 전에 제거해야 하는 유해한 불순물이다. 본 연구에서는 공기 산화를 활용한 황화수소 저감 방법을 연구하였다. C시 매립장에서 발생하는 매립가스의 유량 조절이 가능한 실규모 황화수소 저감 장치를 운전하였다. 실험 결과, 세정액 내 용존 철 농도는 황화물 산화 효율에 유의한 영향을 미쳤다. 매립지 발생 침출수 내 철 성분은 매립가스 내 황화수소 제거를 위한 용도로 철킬레이트와 혼용할 수 있었다. 철 농도가 90 mM 이상인 경우 9 초 이내의 접촉 시간에서 83 % 이상의 $H_2S$가 제거되었다. 따라서 촉매 산화 흡착법은 매립가스 및 바이오가스 정제를 위한 용도로서 충분히 가치가 있는 것으로 판단되었다.

Mitigation of Methane Emission and Energy Recycling in Animal Agricultural Systems

  • Takahashi, J.;Mwenya, B.;Santoso, B.;Sar, C.;Umetsu, K.;Kishimoto, T.;Nishizaki, K.;Kimura, K.;Hamamoto, O.
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제18권8호
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    • pp.1199-1208
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    • 2005
  • Abatement of greenhouse gas emitted from ruminants and promotion of biogas energy from animal effluent were comprehensively examined in each anaerobic fermentation reactor and animal experiments. Moreover, the energy conversion efficiency of biomass energy to power generation were evaluated with a gas engine generator or proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). To mitigate safely rumen methanogenesis with nutritional manipulation the suppressing effects of some strains of lactic acid bacteria and yeast, bacteriocin, $\beta$1-4 galactooligosaccharide, plant extracts (Yucca schidigera and Quillaja saponarea), L-cysteine and/or nitrate on rumen methane emission were compared with antibiotics. For in vitro trials, cumulative methane production was evaluated using the continuous fermented gas qualification system inoculated with the strained rumen fluid from rumen fistulated Holstein cows. For in vivo, four sequential ventilated head cages equipped with a fully automated gas analyzing system were used to examine the manipulating effects of $\beta$1-4 galactooligosaccharide, lactic acid bacteria (Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides), yeast (Trichosporon serticeum), nisin and Yucca schidigera and/or nitrate on rumen methanogenesis. Furthermore, biogas energy recycled from animal effluent was evaluated with anaerobic bioreactors. Utilization of recycled energy as fuel for a co-generator and fuel cell was tested in the thermophilic biogas plant system. From the results of in vitro and in vivo trials, nitrate was shown to be a strong methane suppressor, although nitrate per se is hazardous. L-cysteine could remove this risk. $\beta$1-4 galactooligosaccharide, Candida kefyr, nisin, Yucca schidigera and Quillaja saponarea are thought to possibly control methanogenesis in the rumen. It is possible to simulate the available energy recycled through animal effluent from feed energy resources by making total energy balance sheets of the process from feed energy to recycled energy.

고품질화 바이오가스 이용 기술지침 마련을 위한 연구(II): 도시가스 및 수송용 - 정밀모니터링 결과 중심으로 (A Study on Establishment of Technical Guideline of the Installation and Operation for the Biogas Utilization of Transportation and City Gas: Results of the Precision Monitoring)

  • 문희성;권준화;박호연;전태완;신선경;이동진
    • 유기물자원화
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    • 제27권2호
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    • pp.57-66
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    • 2019
  • 본 연구는 유기성폐자원(가축분뇨, 음식물류폐기물, 음식물류폐수 등)의 바이오가스 이용에 대한 적정 설계 및 운전 기술지침서 마련하고자 현장조사와 정밀모니터링 등을 실시하였다. 정부의 중장기 바이오가스화 정책에 따라 폐자원의 자원화 시설 확충이 활발히 추진되고 있다. 하지만 생산된 바이오가스를 이용하여 도시가스 및 수송용으로 활용하는 시설은 효율이 아직은 저조하다. 전국 7개소 유기성폐자원 바이오가스화 시설을 대상으로 정밀모니터링을 실시하였다. 사계절 평균으로 정밀모니터링 결과를 정리하였을 때, 유기성폐자원 별 효율성 분석에서 유기성분해율은 VS기준 평균 66.3 %로 분석되었다. 전처리 전후 바이오가스 성상을 분석한 결과 철염 및 탈황(건식, 습식)을 이용하여 전체 시설의 $H_2S$ 평균은 949.7 ppm으로 측정되었으며, 고품질화 정제설비 전단 및 후단에서 29.0 ppm과 0.3 ppm으로 나타났다. 메탄 함량은 소화조 후단에서 65.6 %, 고품질화 정제설비 전단 및 후단에서 63.5 %와 97.5 %까지 감소하는 것을 확인하였다.

일본 북해도지역 바이오매스 이용에 관한 사례 연구 (A Study on Biomass Utilization Strategies of Hokkaido Prefecture in Japan)

  • 육혜영;이명규
    • 유기물자원화
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    • 제17권2호
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    • pp.37-50
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    • 2009
  • 본 연구는 북해도지역에 있어서 바이오매스 종합전략의 지역적 적용특성을 조사 한 것이다. 북해도 연구사례는 성공적인 유기성폐자원의 운영을 위해서는 기술의 선진성 뿐만 아니라 처리 후 부산물 자원의 부가가치 있는 효과적인 공급체계 구축이 매우 세밀하게 치밀하게 수요자 중심으로 사전 수립되어져야 한다는 점을 시사하고 있다. 특히 자원화기술로는 (1)토양산성화 방지용 기능성 고형비료의 생산, (2)토양미생물 투입 발효 액비 제공, (3)에너지의 다양한 공급 시스템 구축, (4)중금속 농도를 고려한 유기물의 혼합 발효처리, (5)협잡물 혼입을 억제하기 위한 음식물 수거 인센티브제도 도입 등이 효과적임을 보고하고 있다.

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