• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제32권1호
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• pp.103-109
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• 2019

Objective: Ensiling of tannin-rich fruit byproducts (FB) involves quantitative and qualitative changes in the tannins, which would consequently change the rumen fermentation characteristics. This study aimed to evaluate whether ensiled FBs are effective in mitigating methane emission from ruminants by conducting in vitro assessments. Methods: Fruit byproducts (grape pomace, wild grape pomace, and persimmon skin) were collected and subjected to four-week ensiling by Lactobacillus buchneri inoculant. A defined feed component with or without FB samples (both fresh and ensiled material) were subjected to in vitro anaerobic culturing using rumen fluid sampled from beef cattle, and the fermentation parameters and microbial populations were monitored. Results: Reduced methane production and a proportional change in total volatile fatty acids (especially enhanced propionate proportion) was noted in bottles containing the FBs compared with that in the control (without FB). In addition, we found lower gene copy number of archaeal 16S rRNA and considerably higher levels of one of the major fibrolytic bacteria (Fibrobacter succinogenes) in the bottles containing FBs than in the control, particularly, when it was included in a forage-based feed. However, in the following cultivation experiment, we observed that FBs failed to exhibit a significant difference in methane production with or without polyethylene glycol, implying that tannins in the FBs may not be responsible for the mitigation of methane generation. Conclusion: The results of the in vitro cultivation experiments indicated that not only the composition but also ensiling of FBs affected rumen fermentation patterns and the degree of methane generation. This is primarily because of the compositional changes in the fibrous fraction during ensiling as well as the presence of readily fermented substrates, whereas tannins in these FBs seemed to have little effect on the ruminal fermentation kinetics.

• 대한환경공학회지
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• 제31권2호
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• pp.90-95
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• 2009

슬러지 전처리 방법으로 상용화되어 있는 cavitation을 이용한 방법은 서로 다른 원리, 초음파발생기(sonotrode)와 수리동 역학을 이용하고 있지만 이들 방법의 효율을 비교한 연구는 없었다. 본 연구에서는 이 두 전처리 방법에서 슬러지 가용화 효율, 전처리 후 입경변화, 전처리 전후의 메탄 생성량 변화를 평가하였다. 두 방법에 있어서 단위 에너지 투입량 당 가용화 효율은 유사하였으며, 최대 가용화 효율은 0.18 kWh/L에서 302 mg ${\Delta}SCOD/g$ TS이었다. 전처리 초기에는 슬러지의 floc 해체가 주로 일어났고, 전처리가 진행됨에 따라 1 ${\mu}m$ 이하의 입자가 증가하여 셀이 파괴되는 것을 확인할 수 있었다. BMP 시험 결과 슬러지의 메탄가스 발생량은 전처리 방법별 차이는 없이 최대 24.3%까지 증가하였으나, 투입 에너지에 비례하여 증가하지는 않았다. 비록 두 방법의 에너지 효율을 유사하지만 운영 및 유지비와 향후 에너지효율 개선 잠재력 면에서 볼 때 수리동력학적 원리를 이용하는 방법이 현장 적용에 유리하다고 판단된다.

• 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.

• 자원환경지질
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• 제48권1호
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• pp.65-75
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• 2015

1980년 중반에 개발된 석탄층메탄가스(Coalbed Methane) 개발기술은 석탄층에 흡착된 메탄가스를 생산할 수 있는 기술이다. CBM은 개발이 쉽고 매장량도 풍부하다. 따라서 CBM 산업은 온실가스 배출규제에 대처할 수 있을 뿐만 아니라 에너지자원으로서의 잠재력이 매우 크다. 석탄을 개발하기 위해서는 메탄가스 폭발에 대비한 선행적 광산 보안조치로 CBM을 개발해야 한다. 그렇기 때문에 가스시장의 변동에 영향을 받지 않는 장점이 있을 뿐더러 지구온실가스 감축에도 CBM은 유리한 입장에 있다. ECBM(Enhanced Coalbed Methane)은 석탄층 메탄가스의 새로운 생산 기법으로 석탄층에 $CO_2$나 $N_2$ 가스를 주입하여 석탄에 흡착된 메탄가스를 탈착시켜 생산하는 방법이다. 특히 $CO_2$-ECBM 공법은 저탄소 녹색성장 기술로서 메탄가스의 생산성 향상뿐 만 아니라 온실가스 저감 효과도 기대할 수 있다. CBM개발은 캐나다, 호주, 중국, 인도, 인도네시아, 베트남 등 40여개 국가에서 개발이 진행되고 있고 생산량이 꾸준히 증가하고 있다. 현재의 석탄-석유 에너지원에서 비전통 가스로의 에너지 패러다임 전환에 CBM이 일조할 전망이다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제27권11호
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• pp.1577-1583
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• 2014

Encapsulation is a method used to protect material from certain undesirable environments, for controlled release at a more favorable time and place. Animal productivity would be enhanced if feed additives are delivered to be utilized at their site of action, bypassing the rumen where they are likely to be degraded by microbial action. A novel method of encapsulation with sesame gum was used to coat nitrate, a known enteric methane mitigating agent, and tested for the effect on methane reduction and other in vitro fermentation parameters using rumen fluid from cannulated Hanwoo steers. Orchard grass was used as basal diet for fermentation. The treatments were matrix (1.1 g sesame gum+0.4 g sesame oil cake) only, encapsulated nitrate (matrix+nitrate [21 mM]), free nitrate (21 mM), and a control that contained no additive. Analyses of fermentation parameters were done at 0, 3, 6, 9, 12, 24, and 48 h time periods. In comparison to control, both free and encapsulated nitrate produced significantly reduced (p<0.01) methane (76% less) and also the total volatile fatty acids were reduced. A significantly higher (p<0.01) concentration of ammonia nitrogen was obtained with the encapsulated nitrate treatment (44%) compared to the free form (28%) and matrix only (20%) (p = 0.014). This might suggest slow release of encapsulated nitrate so that it is fully reduced to ammonia. Thus, this pioneering study found a significant reduction in methane production following the use of sesame gum encapsulated nitrate that shows the potential of a controlled release system in enhancing sustainability of ruminant production while reducing/eliminating the risk of nitrite toxicity.

• 한국환경과학회지
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• 제8권3호
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• pp.325-330
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• 1999

This study aims to observe the inhibition of methane generation, the decomposition of organic matter, and the trend of outflowing leachate, using the simulated column of the anaerobic sanitary landfill structure of sulfate addition type which is made by adding sulfate to a current anaerobic landfill structure, and the simulated column of semi-aerobic landfill structure in the laboratory which is used in the country like Japan in order to inhibit methane from a landfill site among the gases caused by a global warming these days, and at the same time to promote the decomposition of organic matter, the index of stabilization of landfill site. As a result of this study, it is thought that the ORP(Oxidation Reduction Potential) of the column of semi-aerobic landfill structure gradually represents a weak aerobic condition as time goes by, and that the inside of landfill site is likely to by in progress into anaerobic condition, unless air effectively comes into a semi-aerobic landfill structure in reality as time goes by. In addition, it can be seen that the decomposition of organic matter is promoted according to sulfate reduction in case of $R_1$, a sulfate-added anaerobic sanitary landfill structure, and that the stable decomposition of organic matter in $R_1$ makes a faster progess than $R_2$. Moreover it can be estimated that $R_1$, a sulfate-added anaerobic sanitary landfill structure has an inhibition efficiency of 55% or so, compared with $R_2$, a semi-aerobic landfill structure, in the efficiency of inhibiting methane.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.432-438
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• 2007

The reforming process for hydrogen production generates some impurities. Impurities in hydrogen such as $CO_2$, CO, $H_2S$, $NH_3$ affect fuel cell performance. It is well known that CO generated by the reforming process may negatively affect performance of cell, cause damage on catalysts resulting performance degradation. Hydrogen produced by reforming process includes about 2% methane. The presence of methane up to 10% is reported negligible degradation in cell performance. However, methane more than 10% in hydrogen stream had not been researched. The concentration of impurity supplied to the fuel cell was verified by gas chromatography(GC). In this study, the influence of $CH_4$ on performance of PEM fuel cell was investigated by means of current vs. potential experiment, long run(10 hr) test and electrochemical impedance measurement when the concentrations of impurities were 10%, 20% and 30%.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제28권4호
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• pp.530-537
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• 2015

The objective of this study was to evaluate the in vitro effects of flavonoid-rich plant extracts (PE) on ruminal fermentation characteristics and methane emission by studying their effectiveness for methanogenesis in the rumen. A fistulated Holstein cow was used as a donor of rumen fluid. The PE (Punica granatum, Betula schmidtii, Ginkgo biloba, Camellia japonica, and Cudrania tricuspidata) known to have high concentrations of flavonoid were added to an in vitro fermentation incubated with rumen fluid. Total gas production and microbial growth with all PE was higher than that of the control at 24 h incubation, while the methane emission was significantly lower (p<0.05) than that of the control. The decrease in methane accumulation relative to the control was 47.6%, 39.6%, 46.7%, 47.9%, and 48.8% for Punica, Betula, Ginkgo, Camellia, and Cudrania treatments, respectively. Ciliate populations were reduced by more than 60% in flavonoid-rich PE treatments. The Fibrobacter succinogenes diversity in all added flavonoid-rich PE was shown to increase, while the Ruminoccocus albus and R. flavefaciens populations in all PE decreased as compared with the control. In particular, the F. succinogenes community with the addition of Birch extract increased to a greater extent than that of others. In conclusion, the results of this study showed that flavonoid-rich PE decreased ruminal methane emission without adversely affecting ruminal fermentation characteristics in vitro in 24 h incubation time, suggesting that the flavonoid-rich PE have potential possibility as bio-active regulator for ruminants.