• Animal Bioscience
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• 제36권5호
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• pp.818-828
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• 2023

Objective: The purpose of this study was to analyze the effect of the hydrothermal pretreatment of anaerobic digestion sludge cake (ADSC) of cattle manure on the solubilization of organic matter and the methane yield to improve the anaerobic digestion efficiency of cattle manure collected from the sawdust pens of cattle. Methods: Anaerobic digestion sludge cake of cattle manure was thermally pretreated at 160℃, 180℃, 200℃, and 220℃ by a hydrothermal pressure reactor, and the biochemical methane potential of ADSC hydrolysate was analyzed. Methane yield recovered by the hydrothermal pretreatment of ADCS was estimated based on mass balance. Results: The chemical oxygen demand solubilization degree (COD_s) of the hydrothermal hydrolysate increased to 63.56%, 67.13%, 70.07%, and 66.14% at the hydrothermal reaction temperatures of 160℃, 180℃, 200℃, and 220℃, respectively. Considering the volatile solids content obtained after the hydrothermal pretreatment, the methane of 10.2 Nm³/ton-ADSC was recovered from ADSC of 1.0 ton, and methane yields of ADSC hydrolysate increased to 15.6, 18.0, 17.4, and 17.2 Nm³/ton-ADSC. Conclusion: Therefore, the optimal hydrothermal reaction temperature that yielded the maximum methane yield was 180℃ based on mass balance, and the methane yield from cattle manure containing sawdust was improved by the hydrothermal pretreatment of ADSC.

• 유기물자원화
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• 제31권1호
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• pp.27-34
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• 2023

본 연구에서는 버섯 폐배지의 혐기성소화 효율 향상을 위해 수열전처리를 실시하고, 리그노셀룰로오스계 물질의 고온 가수분해 과정에서 생성될 수 있는 중간산물이 기질의 생분해도와 바이오가스 전환 효율에 미치는 영향을 함께 판단하였다. 수열전처리 온도의 범위를 150, 180, 210℃로 설정하였으며, 모든 수열전처리 온도에서 기질의 가용화율이 향상되는 결과를 확인할 수 있었다. 추가적으로, 150℃로 버섯 폐배지를 전처리한 경우에는 혐기성소화 효율에 영향을 미칠 수 있는 C/N 비가 개선되는 효과를 함께 확인하였다. 다만 전처리 온도가 180, 210℃인 경우에는 오히려 150℃로 전처리를 수행한 경우에 비해 메탄 생성량이 저하되는 경향을 보였는데, 이는 리그노셀룰로오스 물질의 중간분해 산물인 퓨란유도체의 형성으로 인해 메탄생성균이 영향을 받은 것으로 판단된다. 결국, 수열전처리를 통해 리그노셀룰로오스계 바이오매스의 가용화율 향상을 통한 메탄 생성 향상을 기대할 수 있으나, 혐기성소화 효율을 저해할 수 있는 중간산물이 생성되지 않는 적정 전처리 온도의 확인과 적용이 중요할 것으로 판단된다.

• 신재생에너지
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• 제16권4호
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• pp.83-91
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• 2020

In this study, the reusability of the Fenton oxidation solution was evaluated to reduce the cost of the pretreatment process. Biomass was sequential subjected to Fenton oxidation-hydrothermal treatment and enzymatic hydrolysis to produce monosaccharides. The liquid solution recovered after Fenton oxidation contained OH radicals with a concentration of 0.11 mol/L. This liquid solution was reused for a new Fenton oxidation reaction. After Fenton oxidation, hydrothermal treatment was performed under the same conditions as before, and 9.34-13.63 g/L of xylose was detected. This concentration was slightly lower than that of a fresh Fenton oxidation solution (16.51 g/L) but was higher than that obtained by hydrothermal treatment without Fenton oxidation (2.72 g/L). The degradation rate during hydrothermal pretreatment involving Fenton oxidation was 36.02%, which decreased (29.24-31.05%) slightly when the liquid solution recovered after Fenton oxidation was reused. However, the degradation rate increased compared to that measured from hydrothermal treatment without Fenton oxidation (15.21%). Moreover, the yield after enzyme hydrolysis decreased in the following order: fresh Fenton oxidation-hydrothermal treatment (89.64%) > Fenton oxidation with reused solution-hydrothermal treatment (74.84%) > hydrothermal treatment without Fenton oxidation (32.05%).

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권5호
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• pp.570-575
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• 2015

녹조류는 cellulose가 세포벽의 주요 구성성분이며 그 양이 다른 해조류에 비해 월등하고, 세포벽에 lignin이 없어 lignin 제거공정을 거치지 않고 cellulase를 사용하여 쉽게 당화시킬 수 있을 뿐만 아니라 저장산물인 전분도 당 성분으로 사용할 수 있다. 이에 바이오에너지 생산을 위한 좋은 바이오매스가 될 것으로 기대되는 녹조류인 구멍갈파래(Ulva pertusa Kjellman)를 사용하여 마이크로웨이브 장치를 통한 열수 전처리 효과가 cellulase를 사용한 가수분해 효율에 미치는 영향을 알아보았다. 열수의 온도에 따른 전처리 효과를 확인하기 위해 $100{\sim}150^{\circ}C$에서 전처리를 수행하였으며, $140{\sim}150^{\circ}C$에서 가장 높은 전처리 효과를 얻었다. 또한 전처리 최적조건인 마이크로웨이브 장치의 출력 50W와 온도$150^{\circ}C$에서 열수 전처리한 구멍갈파래에 포함되어 있는 탄수화물의 효소적 가수분해 효율을 높이기 위해 cellulase 외에 ${\alpha}$-amylase와 ${\beta}$-glucosidase를 함께 사용하여, 효소 혼합의 효과를 확인하였다. 전처리한 구멍갈파래 시료에 cellulase와 ${\alpha}$-amylase 그리고 ${\beta}$-glucosidase 활성을 가지는 Novozyme 188을 사용하여 가수분해하였을 경우 전처리하지 않은 구멍갈파래 시료와 비교하면 초기 가수분해속도가 6배 이상 월등히 높았고, 3시간 만에 구멍갈파래에 포함되어 있는 탄수화물의 96 wt%에 해당할 정도의 환원당이 생성되었으며, 이 양은 전처리하지 않은 구멍갈파래 시료를 24시간동안 효소적 가수분해해야 얻을 수 있는 환원당의 양으로 열수 전처리한 효과가 월등함을 보여주었을 뿐만 아니라 대부분의 탄수화물이 전환되는 최대 당화 효율을 얻을 수 있음을 보여준다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제19권2호
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• pp.161-166
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• 2009

Certain microalgae have been known to use light and various carbon sources to produce carbohydrates, mainly in the form of starch. This is one of the pertinent feedstocks replacing agricultural products for the production of bioethanol by yeast. This study focuses upon dilute acid hydrothermal pretreatments at low cost and high efficiency to compete with current methods, and employs Chlamydomonas reinhardtii UTEX 90 as the feedstock. With dry cells of 5%(w/v), the algal biomass was pretreated with sulfuric acid(1-5%) under temperatures from 100 to $120^{\circ}C$, from 15 to 120 min. As a result, the glucose release from the biomass was maximum at 58%(w/w) after pretreatment with 3% sulfuric acid at $110^{\circ}C$ for 30 min. This method enabled not only starch, but also the hydrolysis of other oligosaccharides in the algal cell in high efficiency. Arrhenius-type of model equation enabled extrapolation of some yields of glucose beyond this range. The pretreated slurry was fermented by yeast, Saccharomyces cerevisiae S288C, resulting in an ethanol yield of 29.2% from algal biomass. This study suggests that the pretreated algal biomass is a suitable feedstock for ethanol production and can have a positive impact on large-scale applied systems.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제19권8호
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• pp.845-850
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• 2009

Bioethanol derived from lignocellulosic biomass has the potential to replace gasoline. Cellulose is naturally recalcitrant to enzymatic attack, and it also surrounded by the matrix of xylan and lignin, which enhances the recalcitrance. Therefore, lignocellulosic materials must be pretreated to make the cellulose easily degraded into sugars and further fermented to ethanol. In this work, hydrothermal pretreatment on corn stover at $195^{\circ}C$ for 15 min with and without lower concentration of formic acid was compared in terms of sugar recoveries and ethanol fermentation. For pretreatment with formic acid, the overall glucan recovery was 89% and pretreatment without formic acid yielded the recovery of 94%. Compared with glucan, xylan was more sensitive to the pretreatment condition. The lowest xylan recovery of 55% was obtained after pretreatment with formic acid and the highest of 75% found following pretreatment without formic acid. Toxicity tests of liquor parts showed that there were no inhibitions found for both pretreatment conditions. After simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of the pretreated corn stover with Baker's yeast, the highest ethanol yield of 76.5% of the theoretical was observed from corn stover pretreated at $195^{\circ}C$ for 15 min with formic acid.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권4호
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• pp.542-546
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• 2018

본 연구에서는 해양 거대조류 중 홍조류에 속하는 꼬시레기(Gracilaria verrucosa)로부터 malonic acid를 사용하여 열수 전처리 조건(전처리 온도, 촉매 농도, 고액비, 전처리 시간)에 따른 전처리와 효소가수분해를 통한 바이오슈거(환원당) 생산 가능성을 조사하였다. 300 mM malonic acid, 1:20 고액비 조건에서 $130^{\circ}C$에서 60분간 전처리를 수행하여 49.2%의 환원당 수율을 얻었다. 전처리 반응 후 이어진 효소 가수분해를 통하여 64.5%의 수율을 확보하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권3호
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• pp.414-422
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• 2022

본 연구의 목적은 국내 대표적인 농경잔류물인, 볏짚과 보릿짚을 이용하여 헤미셀룰로오스 부분의 최대 가용화를 위한 산 촉매 열수 분별공정의 타당성을 조사한 것이다. 1.2-2.9 범위의 반응가혹도(CS; Combined reaction severity)에서 다양한 분별 조건들을 사용하여 초기 반응조건 기준을 설정했다. 볏짚의 경우, 160 ℃의 반응온도, 0.75%(w/v)의 H₂SO₄, 20분의 반응시간, 그리고 1:15의 고체/액체 비율을 가진 반응 조건에서 56.6%의 헤미셀룰로스 당 수율을 얻을 수 있었으며, 보릿짚의 경우, 150 ℃ 반응온도, 0.75%(w/v) H₂SO₄, 15분의 반응시간, 1:10의 고체/액체 비율에서 83.0%의 헤미셀룰로스 당 수율을 얻었다. 따라서, 볏짚과 비교하여 보릿짚의 경우 산촉매 열수분획을 효과적으로 수행할 수 있었다. 분별과정 후 남은 분획된 고형분은 볏짚과 보릿짚에서 각각 48.5%와 57.5%였다. 분별된 볏짚과 보릿짚의 XMG(Xylan+Mannan+Galactan) 함량은 17.3% 및 17.6%에서 6.0% 및 2.6%로 각각 감소하였으며, 이는 원료 짚 기준으로 각각 16.7% 및 8.5%에 해당한다. 또한, 보리 짚의 산촉매 열수분별 과정에서 과도한 분해로 인해 셀룰로오스 및 XMG의 5.6% 및 8.5%만 손실된 반면, 볏짚의 셀룰로오스 및 XMG 손실은 6.4% 및 26.6%이었다. 볏짚의 헤미셀룰로스 당은 산 촉매 열수 분별공정중, 다소 높은 반응가혹도로 인해 심하게 과분해된 것에 기인한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.468-476
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• 2021

본 연구는 열수 전처리에 따른 사료의 영양소 함량과 반추위내 발효특성의 변화를 알아보고자 수행되었다. 본 시험은 2(대조구 또는 열수 전처리)×2(건초; 톨페스큐 또는 사일리지; 옥수수)의 요인설계를 통해 실시하였다. 열수 전처리는 사료에 물을 20% w/v 수준하고, 멸균기를 이용하여 열처리를 20분간 실시하였다(121℃, 0.12 MPa). 제조된 시험사료는 in vitro 배양 시험을 통해 39℃에서 24시간 및 48시간동안 배양하였다. 연구결과, 열수 전처리 후 ADF의 함량은 조사료 종류에 구분없이 모두 유의적으로 증가하였다. In vitro 24시간 배양 후 total VFA는 조사료 종류에 관계 없이 열수 전처리 후에 함량이 유의적으로 낮았으며(p ≤ 0.05), Propionate 함량은 열수 전처리된 옥수수 사일리지에서 옥수수 사일리지 보다 유의적으로 증가하였다(18.9 vs. 26.6%; p ≤ 0.05). In vitro 48시간 배양 후에는 옥수수 사일리지에서 열수 천처리에 의해 propionate 함량이 유의적으로 증가하였으나(p ≤ 0.05), Butyrate 함량은 유의적으로 감소하였다(p ≤ 0.05). 건물과 NDF 소화율의 경우에는 조사료 종류에 관계없이 열수 전처리에 의한 변화가 없었다(p > 0.05). 따라서 열수 전처리된 옥수수 사일리지를 이용할 시 반추동물의 에너지원 공급에 유리할 것으로 판단된다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제14권6호
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• pp.1105-1113
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• 2004

Disinfection of a waterborne pathogenic protozoa, Giardia lamblia, by the conventional chlorine method has been known to be difficult. An alternative disinfection has been carried out by using a UV -light illuminating optical­fiber photoreactor. Light intensity diffused from one piece of a clad-removed optical-fiber was $1- 1.5{\mu}Em^{-2}s^{-1}$. Disinfection capability in a UV -light irradiated optical-fiber reactor suspended with 0.01 g $TiO_{2}\;dm^{-3}$ was 1.4 times that in the same reactor without $TiO_{2}$ photocatalysts. To resolve the absorption and scattering of UV light by the particles themselves as well as the difficulty of recycling particles in the slurry­type reactor, $TiO_{2}$ which was obtained by a hydrothermal method, was immobilized on clad-removed optical fibers. Such pretreatment of fiber surface resulted in an excellent transparency, which enhanced the UV light to diffuse laterally from a fiber surface. Coating time of the prepared solution by the hydrothermal method was not effective after more than two times. Disinfection capability in the $TiO_{2}$-immobilized optical-fiber reactor was $83\%$ in 1 h at $40^{\circ}C$, which was slightly higher than $76\%$ at $22^{\circ}C$ and $68\%$ at $10^{\circ}C$. Disinfection capability at $22^{\circ}C$ increased from $74\%$ at an initial pH of 3.4, through $76\%$ at pH 6.5, to $87\%$ at an initial pH of 10. Oxygen supply with air-flow rate of 5 $cm^3\;min^{-1}$ did not seem to increase the disinfection capability with UV /immobilized $TiO_2$.