물의 전기 분해는 효과적인 그린 수소를 생산하기 위한 유망한 기술 중 하나로서 활발한 연구가 이루어지고 있다. 수전해 시스템의 원료로 해수를 직접 사용하게 되면 지구상에 있는 물의 약 97%를 해수가 차지하고 있으므로, 기존 담수 원료의 제한성에 대한 문제를 해결할 수 있다. 동시에 풍부한 부생 원료를 얻을 수 있는데, 그 성분과 pH 환경에 따라 전기 분해 과정에서 생성되는 Cl2, ClO-, Br2 및 Mg(OH)2 등이 대표적이다. 성공적인 해수 수전해 시스템 개발과 이에 필수적인 산소발생반응(oxygen evolution reaction, OER)과 수소발생반응(hydrogen evolution reaction, HER) 촉매를 개발하기 위해서는 해수 환경에서 일어나는 반응의 원인과 결과에 대해 파악할 필요가 있다. 따라서 본 논문에서는 해수 수전해 시스템의 반응 메커니즘과 특징 및 애노드와 캐소드 전극에 사용되는 전기화학 촉매들의 연구 개발 동향에 대해 살펴보고자 한다.
최근 화석연료를 대체할 수 있는 수소에너지를 이용한 이동 수단에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 한편 이를 이용하기 위해서는 수소를 생산 저장 이송하는 과정이 필수적이다. 특히 수소를 90 MPa에 이르는 고압으로 저장 이송할 경우 기체 상태가 아닌 액체 상태이므로 부피가 감소하여, 상대적으로 비용을 절감 할 수 있다. 본 연구에서는 수소 액화에 필수적인 액화수소 펌프 개발을 위해 챔버 내의 유동을 유한요소해석 (Finite Element Methods (FEM)) 프로그램인 ANSYS를 이용하여 해석하였다. 그 결과, 1차 챔버에서 2차 챔버 사이에 밸브가 없는 경우, 2차 챔버 내의 최대 속도는 9.075 m/s, 밸브가 3 mm 열린 경우의 최대 속도는 8.111 m/s 로 10.6% 감소하였다. 또한 밸브가 없는 경우의 최대 압력은 0.62 MPa, 밸브가 3 mm 열린 경우의 최대 압력은 0.63 MPa 로 1.6% 증가하였다. 이 결과를 바탕으로 액화수소 펌프의 상세 설계에 활용할 경우, 좀 더 효율적인 펌프의 설계가 가능할 것으로 판단된다.
1. 회분식 실험결과 유기물의 함량이 높은 음식물만을 기질로 이용한 경우보다 폐활성 슬러지의 혼합비율이 $10{\sim}20%$일 때 더 높은 수소생산을 나타내었다. 또한 폐활성 슬러지의 혼합비율이 40%인 경우에는 메탄이 발생하여 생성된 수소가 소모되는 반응을 나타내었다. 2. 연속 실험의 경우 HRT를 줄여 유기물의 부하를 증가시킬 경우 수소생산량이 급격히 증가하였으며, HRT 2일까지는 미생물의 wash out 없이 안정적 수소생산을 보였다. 3. 음식물과 폐활성 슬러지를 이용한 연속 운전을 HRT와 두 기질의 비율을 달리하여 운전한 결과 2일의 HRT와 FW:WAS=80:20의 비율에서 140 mL $H_2/g$ VSS의 높은 수소생산율을 얻을 수 있었다. 4. 음식물 쓰레기와 폐활성 슬러지의 비율을 적절히 혼합할 경우, 수소생산의 상승작용을 할 수 있는 가능성을 확인하였다. 5. SEM과 FISH 분석을 통하여 반응조 내의 수소 미생물의 공간적 분포 및 형태를 관측하였으며, 음식물이나 슬러지 주변에 많은 수소생산 미생물이 관측되었다.
군포 공단 주변 슬러지를 미생물 접종원으로 무기염배지에 10g/ ${\ell}$ 의 sucrose를 첨가하여 수소 생산 균주 Ye 13-6을 분리하였다. 분리 균주 Ye 13-6은 호기성조건과 혐기성 조건에서 모두 생장하는 통성 혐기성 균주였다. 유기성 폐기물 내에 다량 함유되어있는 glucose와 sucrose의 농도변화가 수소 생산 속도 및 수소 생성효율에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. Glucose를 1${\sim}$12g/ ${\ell}$ 의 범위로 첨가할 경우 lag phase 없이 생장하였으며, 첨가량이 증가할수록 수소 비생산속도가 증가하여, 12g/ ${\ell}$ 에서 $60mmol-H_2\;{\cdot}\;mg-DCW^{-1}\;{\cdot}\;h^{-1}$의 최대값을 나타내었으며, 수소 생산 수율은 2.6 ${\sim}$3.1 $mol-H_2\;{\cdot}\;mol-glucose^{-1}$의 범위였다. Sucrose를 $1{\sim}12g/\;{\ell}$ 의 범위에서 첨가할 경우 약 10시간의 lag phase 후 원활한 생장을 보였다. 비생산속도는 및 수소 생산수율은 sucrose 첨가량이 증가할수록 증가하여 각각 $163mmol-H_2\;{\cdot}\;mg-DCW^{-1}\;{\cdot}\;h^{-1}$ 및 $4.5\;mol-H_2\;{\cdot}\;mol-glucose^{-1}$의 최대값을 보였다.
Kim, Hye-Jin;Na, Byoung-Kuk;Kim, Moon-Bo;Park, Duk-Young;Song, Chul-Yong
Journal of Microbiology
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제37권2호
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pp.117-122
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1999
Protective roles of antioxidant enzymes, copper-zinc superoxide dismutase (CuZnSOD), manganese superoxide dismutase (MnSOD), and catalase of Candida albicans against exogenous reactive oxygens and oxidative killing by macrophages were investigated. The initial growth of C. albicans was inhibited by reactive, oxygen-producing chemicals such as hydrogen peroxide, pyrogallol, and paraquat, but it was restored as the production of antioxidant enzymes were increased. The growth inhibition of C. albicans by reactive, oxygen-producing chemicals was reduced by treating the purified candidal SOD and catalase. Also, in the presence of SOD and catalase, the oxidative killing of C. albicans by macrophages was significantly inhibited. These results suggest that antioxidant enzymes, CuZnSOD, MnSOD, and catalase of C. albicans may play important roles in the protection of C. albicans not only from exogenous oxidative stress but also from oxidative killing by macrophages.
Subhashini Wijeysingha;Buddhi C. Walpola;Yun-Gu Kang;Min-Ho Yoon;Taek-Keun Oh
농업과학연구
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제50권4호
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pp.759-771
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2023
Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) are naturally occurring bacteria that intensively colonize plant roots and are crucial in promoting the crop growth. These beneficial microorganisms have garnered considerable attention as potential bio-inoculants for sustainable agriculture. PGPR directly interacts with plants by providing essential nutrients through nitrogen fixation and phosphate solubilization and accelerating the accessibility of other trace elements such as Cu, Zn, and Fe. Additionally, they produce plant growth-promoting phytohormones, such as indole acetic acids (IAA), indole butyric acids (IBA), gibberellins, and cytokinins.PGPR interacts with plants indirectly by protecting them from diseases and infections by producing antibiotics, siderophores, hydrogen cyanide, and fungal cell wall-degrading enzymes such as glucanases, chitinases, and proteases. Furthermore, PGPR protects plants against abiotic stresses such as drought and salinity by producing 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase and modulating plant stress markers. Bacteria belonging to genera such as Bacillus, Pseudomonas, Burkholderia, Pantoa, and Enterobacter exhibit multiple plant growth-promoting traits, that can enhance plant growth directly, indirectly, or through synergetic effects. This comprehensive review emphasizes how PGPR influences plant growth promotion and presents promising prospects for its application in sustainable agriculture.
Ethanol was utilized by mixed rumen microbes, but addition of pentachlorophenol (25 mg/l), a methanogen inhibitor, suppressed the utilization of ethanol. Carbon monoxide (50% of the gas phase), a hydrogenase inhibitor, more strongly suppressed the utilization of ethanol, propanol, and butanol. These results suggest that the major ethanol utilizers are $H_2$ producers. Ethanol utilization was depressed at low pH (below 6.0). Since methanogens were shown to be relatively resistant to low pH, it appears that ethanol utilizers are particularly sensitive to low pH. Ruminococcus albus and R. flavefaciens in mono-culture produced ethanol from carbohydrate (glucose and cellobiose), even when a high level (170 mM) of ethanol was present. Ethanol was not utilized even in the absence of carbohydrate, but the co-culture of these bacteria with methanogens resulted in the utilization of ethanol, i.e., when $H_2$ was rapidly converted to $CH_4$, R. albus and R. flavefaciens utilized ethanol. These results suggest that ethanol is utilized when the electrons liberated by the oxidation of ethanol are rapidly removed, and ready electron disposal in ethanol-utilizing, $H_2$-producing bacteria is accomplished by the interspecies transfer of $H_2$.
Hydrothermal carbonization (HTC) is an effective and environment friendly technique; it possesses extensive potential towards producing high-energy density solid fuels. it is a carbonization method of thermochemical process at a relatively low temperature ($180-250^{\circ}C$). It is reacted by water containing raw material. However, the production and quality of solid fuels from HTC depends upon several parameters; temperature, residence time, and pressure. This study investigates the influence of operating parameters on solid fuel production during HTC. Especially, when food waste was reacted for 2 hours, 4 hours, and 8 hours at $200^{\circ}C$ and 2.0-2.5 MPa, Data including heating value, proximate analysis and water content was consequently collected and analyzed. It was found that reaction temperature, residence time are the primary factors that influence the HTC process.
Silver as a metal catalyst has been used to remove odorous compounds. In this study, silver particles in nano sizes ($5{\sim}30nm$) were prepared on the surface of $NaHCO_3$, the supporting material, using a sputtering method. The silver nano-particles were dispersed by dissolving $Ag-NaHCO_3$ into water, and the dispersed silver nano-particles in the aqueous phase was applied to remove inorganic odor compounds, $NH_3$ and ${H_2}O$, in a scrubbing reactor. Since ammonia has high solubility, it was removed from the gas phase even by spraying water in the scrubber. However, the concentration of nitrate (${NO_3}^-$) ion increased only in the silver nano-particle solution, implying that the silver nano-particles oxidized ammonia. Hydrogen sulfide in the gas phase was rapidly removed by the silver nano-particles, and the concentration of sulfate (${SO_4}^{2-}$) ion increased with time due to the oxidation reaction by silver. As a result, the silver nano-particles in the aqueous solution can be successfully applied to remove odorous compounds without adding additional energy sources and producing any harmful byproducts.
Anaerobic fermentative bacteria were isolated from the acidogenic reactor of a labora- tory scale 2-stage anaerobic digestor. The isolate 1-6 was selected for its ablity to produce more fatty acids from distillery wastewater than others, and was identified as a strain of Clostridium. The isolate Clostridium sp. 1-6 is a thermophilic bacterium growing at 55$\circ$c , and grew best at pH 5.5. An acidogenic reactor using immobilized cells of the isolate Clostridium sp. 1-6 removed about 15% of COD from distillery wastwater as hydrogen, producing about 50 mM butyrate and about 10 mM acetate, when the reactor was operated at the hydraulic retention time(HRT) of 0.8 hr. It is proposed that this system can be used to convert the distillery wastewater to hydrogen and butyrate. More than 90% of COD was removed from the wastewater by anaerobic digestion using a 2-stage digestor consisting of a UASB methanogenic reactor and an acidogenic reactor of the immobilized cells of isolate Clostridium sp. 1-6.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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