• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제20권7호
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• pp.1092-1100
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• 2010

Bacteria, fungi, and protozoa inhabiting the rumen, the largest chamber of the ruminants' stomach, release large quantities of hydrogen during the fermentation of carbohydrates. The hydrogen is used by coexisting methanogens to produce methane in energy-yielding processes. This work shows, for the first time, a fundamental possibility of using a hydrogen-rich fermentation gas produced by selected rumen ciliates to feed a low-temperature hydrogen fuel cell. A biohydrogen fuel cell (BHFC) was constructed consisting of (i) a bioreactor, in which a hydrogen-rich gas was produced from glucose by rumen ciliates, mainly of the Isotrichidae family, deprived of intra- and extracellular bacteria, methanogens, and fungi; and (ii) a chemical fuel cell of the polymer-electrolyte type (PEFC). The fuel cell was used as a tester of the technical applicability of the fermentation gas produced by the rumen ciliates for power generation. The average estimated hydrogen yield was ca. 1.15 mol $H_2$ per mole of fermented glucose. The BHFC performance was equal to the performance of the PEFC running on pure hydrogen. No fuel cell poisoning effects were detected. A maximum power density of $1.66\;kW/m^2$ (PEFC geometric area) was obtained at room temperature. The maximum volumetric power density was $128\;W/m^3$ but the coulombic efficiency was only ca. 3.8%. The configuration of the bioreactor limited the continuous operation time of this BHFC to ca. 14 h.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권5호
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• pp.528-534
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• 2006

고온 플라즈마가 적용된 플라즈마트론을 이용하여 바이오가스 개질을 통해 수소를 생산하는데 있어서 최적 운전 조건에 대해 연구하였다. 음식물 쓰레기의 혐기성 발효조에서 생성된 바이오가스 구성비($CH_4/CO_2$)가 1.03, 1.28, 2.12인 바이오가스로 개질실험을 수행하고, 수소 생산과 메탄 전환율을 향상시키기 위해 바이오가스 유량비, 수증기 유량비, 입력전력 변화와 같은 변수별 연구를 수행하였다. 바이오가스 유량비(biogas/TFR : total flow rate), 수증기 유량비($H_2O/TFR$: total flow rate), 입력전력이 각각 0.32~0.37, 0.36~0.42, 8 kW일 때 메탄의 전환율이 81.3~89.6％인 최적운전조건을 보였다. 이때 합성가스 중의 수소와 일산화탄소의 농도는 27.11~40.23％, 14.31~18.61％이며, 수소 수율은 40.6~61％, 에너지 전환율은 30.5~54.4％, $H_2/CO$ 비는 1.89~2.16이다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제29권11호
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• pp.1569-1575
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• 2016

Two experiments were conducted to examine the influence of kaolinite clay supplementation (0%, 1%, or 2% diet dry matter [DM] basis) on characteristics of digestion (Trial 1) and growth performance (Trial 2) in calf-fed Holstein steers fed a finishing diet. In Trial 1, 6 Holstein steers ($539{\pm}15kg$) with ruminal and duodenal cannulas were used to evaluate treatment effects on characteristics of digestion. Kaolinite clay supplementation decreased total tract DM digestion (linear effect, p<0.01) without effects ($p{\geq}0.10$) on site and extent of digestion of organic matter, neutral detergent fiber, starch and N, or ruminal microbial efficiency. There were no treatment effects on ruminal pH, volatile fatty acids molar proportions or estimated methane production. In Trial 2, 108 Holstein steers ($132.4{\pm}5.6kg$) were used in a 308-d study to evaluate growth performance and carcass characteristics. There were no treatment effects (p>0.10) on average daily gain (ADG) and gain efficiency (ADG/dry matter intake). Kaolinite supplementation tended (linear effect, p = 0.08) to increase dietary net energy (NE) during the initial 112-d period. However, the overall (308-d) effect of supplementation dietary NE was not appreciable (p>0.20). However, due to the inertness of kaolinite, itself, the ratio of observed-to-expected dietary NE increased with kaolinite supplementation. This effect was more pronounced (linear effect, $p{\leq}0.03$) during the initial 224 d of the study. Overall (308 d), kaolinite supplementation tended to increase (linear effect, p = 0.07) dietary NE by 3% over expected. Kaolinite supplementation did not affect carcass weight, yield grade, longissimus area, kidney, pelvic and heart fat, and quality grade, but decreased (linear effect, p = 0.01) dressing percentage. It is concluded that kaolinite supplementation up to 2% of diet DM may enhance energetic efficiency of calf-fed Holstein steers in a manner independent of changes in characteristics of ruminal and total tract digestion.

• 한국가스학회지
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• 제18권4호
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• pp.56-62
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• 2014

본 연구에서는 촉매가 들어있는 고정층 반응로의 단일 개질관에 대하여 전산 유체 해석(Fluent ver. 13.0)을 수행하여 열/유동 특성을 파악하고, 주입 가스에 따른 추출 가스의 종류를 다공성에 따라 예측하였다. 촉매 형상을 모델링하기 위하여, 개질관 내부에 있는 촉매를 모두 다공성 물질이라고 가정하고, 수정된 Eugun 식을 해석에 적용하였다. 유체의 공극률을 기준으로 0.545, 0.409, 그리고 0.403로 설정하고, 결과를 비 다공성인 경우와 비교하였다. 수치해석 결과, 개질관 벽면의 온도는 흡열반응과 주변 열전달로 인하여 개질관의 온도보다 높게 나타나며, 수소 생성량도 다소 증가했다. 촉매의 공극률이 증가 하게 될 경우, 압력 강하로 인하여 관 중심부 온도 및 수소 생성량이 현저하게 감소하는 경향을 보였다.

• 자원리싸이클링
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• 제26권1호
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• pp.59-68
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• 2017

본 연구는 항진 항균 작용이 보고되어진 고춧가루 함량(0% ~ 1%)에 따른 음식물쓰레기와 하수슬러지 혼합 물질(1 : 5 V/V%)의 혐기성통합소화 효과를 평가하기 위하여 수행되었다. 본 연구에서 고춧가루 함량 변화가 혐기성미생물 중 가수분해균과 메탄생성균보다 산생성균에 영향을 더 큰 줄 수 있음을 보였으며, 고춧가루함량이 가장 낮은 CAP0 (Capsaicin 0)에서 실험적 누적 메탄수율(ECMY)과 실험적 바이오생산량(EBEP)이 각각 0.17 L $CH_4/g$ $VS_{fed}$와 1,465 cal/g $VS_{fed}$로 최고값으로 측정되어졌다. 그리고 고춧가루 함량이 증가함에 따라 정상운전 위하여 혐기성 미생물의 순응을 위한 기간이 필요함을 보였다.

• 한국가스학회지
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• 제13권5호
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• pp.26-32
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• 2009

Ni 금속을 바탕으로 중형 기공성 실리카와 상용 실리카를 담체로 사용하여 메탄화 반응용 촉매를 제조, 특성 비교를 수행하였다. TPR, XRD 분석 결과, 중형 기공성 실리카에 담지된 Ni촉매는 상용 실리카에 담지된 Ni 촉매에 비하여 보다 작은 크기로 Ni 금속이 분산되었으며 보다 강한 금속-담체 상호 결합력을 가짐을 확인하였다. 이와 같은 특성으로 인하여 중형 기공성 실리카를 사용한 촉매와 상용 실리카를 사용한 촉매의 수율은 각각 65%, 58%로 중형 기공성 실리카를 사용한 촉매가 메탄화 반응에서 보다 높은 활성을 보였으며, 반응 후에 회수된 촉매의 특성 분석 결과로부터 중형 기공성 실리카를 사용한 촉매가 구조의 붕괴, 금속 소결 현상으로 인하여 촉매의 비활성화가 진행된 상용 실리카 촉매에 비하여 상대적으로 안정하다는 것을 확인하였다.

• 유기물자원화
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• 제29권4호
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• pp.107-114
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• 2021

본 연구는 하수슬러지의 가용화를 위해 열가수분해와 고액분리 공정을 결합하여 적용하였다. 열가수분해-고액분리 공정으로 전처리한 하수슬러지의 D10, D50와 D90은 각각 8.6, 59.2와 425.1 ㎛로, 열가수분해 단독 처리한 것에 비해 작게 나타났다. 분자량 분포 실험의 결과에 따르면, 열가수분해 단독 처리한 하수슬러지는 10-100kDa 구간의 비율이 가장 높게 나타났다. 반면에, 열가수분해-고액분리된 하수슬러지는 <1kDa 구간의 비율이 48.3%로 가장 높게 나타났다. 단독 열가수분해 처리한 하수슬러지는 10kDa 이상의 구간에서 DOC와 UVA₂₅₄가 높게 나타났다. 반면에 열가수분해-고액분리한 하수슬러지는 <1kDa 구간의 DOC와 UVA₂₅₄가 가장 높은 비율로 나타났다. 열가수분해-고액분리한 하수슬러지의 메탄 전환율은 0.287±0.015 L CH₄/kg COD로 단독 처리한 것에 비해 1.7배 높게 나타났다.

• 한국환경농학회지
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• 제42권4호
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• pp.457-464
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• 2023

The rendering residue generated by rendering disposal, an eco-friendly livestock carcass disposal method, is a useful agricultural resource. Methods for recycling this are being actively researched, and this study investigated the impact of applying rendered residue directly to soil on crop productivity and the agricultural environment. The chemical properties of the rendering residue were examined. The pH, OM, T-N, T-P, CaO, K₂O, and MgO content values were 5.47%, 59.8%, 9.22%, 2.96%, 2.16%, 0.51% and 0.10%, respectively. Treatment conditions were divided into control, inorganic fertilizer, and rendering residue, and rendering residue corresponding to 50, 100, and 200% nitrogen content was applied based on the amount of inorganic fertilizer nitrogen input. Greenhouse gases and ammonia were collected during the cultivation period. Rendering residue increased both the yield and growth of peppers and was effective in improving nutrients such as pH and OM of the soil after harvest. However, compared to inorganic fertilizer treatment, it increased emissions of nitrous oxide and methane as well as ammonia. It is judged that the direct agricultural use of rendering residue is difficult, and a utilization method is needed.

• 대한화학회지
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• 제42권6호
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• pp.618-628
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• 1998

순수한 CaO, Mn-doped CaO, Mn/CaO, K/CaO 촉매를 제조하고 이들의 메탄 활성화반응에 대한 촉매활성을 600∼800$^{\circ}C$ 온도영역에서 실험하여 산화칼슘의 촉매활성에 대한 망간과 칼륨의 첨가효과를 조사하였다. 촉매의 특성을 조사하기 위하여 X-선 분말회절분석(XRD), X-선 광전자분석(XPS), 주사전자현미경분석(SEM), 시차열분석(DSC) 및 열무게분석(TG)을 실시하였다. 촉매반응은 직결 기체크로마토그래피를 이용한 단방향 흐름 반응기로서 이루어졌다. 표준반응조건은 $p(CH_4)/p(O_2)=250$ Torr/50 Torr이며 반응기체의 주입속도는 30mL/min, 그리고 He 희석기체와 함께 전체압력은 1 atm이였다. 실험한 촉매들 중에서 6.3 mol% Mn-doped CaO 촉매가 가장 우수한 $C_2$ 선택성을 보였으며 775$^{\circ}C$에서 $C_2$ 선택성과 $C_2$ 수율이 각각 43.2%와 8.0% 이었다. 적은 양의 망간을 도프한 산화칼슘 촉매들은 망간의 양이 증가함에 따라 $C_2$ 선택성이 향상되는 경향을 보였으나 많은 양의 망간([Mn]>6.3 mol%)을 도프한 촉매에서는 $C_2$ 선택성이 감소하는 경향을 보였다. 금속이온이 도프되지 않은 6 wt.% Mn/CaO와 6 wt.% K/CaO 촉매는 700$^{\circ}C$에서 각각 13.2%와 30.9%의 $C_2$ 선택성을 보여 담지효과는 Mn보다도 K가 훨씬 우수함을 보였다. CaO와 Mn-doped CaO 촉매의 전기전도도를 $10^{-3}∼10^{-1}\;atm$의 산소분압 영역에서 측정한 결과 모두 p형의 전기적 특성을 보였으며 도프한 망간의 농도가 증가함에 다라 전기전도도는 감소하는 경향을 보였다. 촉매표면에 생성된 틈새형 산소이온이 메탄을 활성화할 수 있음을 제안하였고 틈새형 사소이온의 생성을 고체화학적 관점에서 논의하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제38권6호
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• pp.279-290
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• 2016

중화하지 않은 주정폐수를 처리할 때 상향류식 혐기성반응조에 전극을 배치한 생물전기화학반응조의 성능을 UASB 공정과 비교하였다. UASB 공정은 유기물부하율 4.0 g COD/L.d 이하에서 pH, VFA 및 알카리도 등에 있어서 안정한 상태를 유지하였지만, 4.0 g COD/L.d 이상의 유기물부하율에서는 불안정하였다. 그러나, 생물전기화학 반응조는 UASB 반응조에 비하여 유기물부하율 배가시 상태변수들의 변동폭이 작았으며, 빠르게 정상상태로 회복하였다. 생물전기화학 반응조는 4.0-8.0g COD/L.d의 높은 유기물부하율에서 상태변수들이 UASB 반응조에 비하여 안정하였으며, 유기물부하율 8.0 g COD/L.d에서 비메탄발생율(2,076mL $CH_4/L.d$), 바이오가스의 메탄함량(66.8%) 그리고 COD 제거율(82.3%) 등의 측면에서 UASB 반응조보다 우수하였다. 생물전기화학 반응조의 메탄수율은 유기물부하율 4.0 g COD/L.d에서 약 407mL/g $COD_r$로 최대값을 보였으며, 이 값은 UASB의 282mL/g $COD_r$보다 크게 높았다. 중화하지 않은 산성 주정폐수를 처리하는 생물전기화학 반응조의 전극반응에서 율속단계는 산화전극반응이었으며, 전극반응은 높은 유기물부하율에서 pH에 의해서 크게 영향을 받았다. 생물전기화학 반응조는 유기물부하율 4.0 g COD/L.d에서 99.5%의 최대에너지효율을 보였다. 중화하지 않은 산성 주정폐수를 처리하는 생물전기화학 반응조는 UASB 공정보다 진보된 고율 혐기성 기술이 될 수 있다.