• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.426-432
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• 2017

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.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.393-400
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• 2005

수소를 생산하는 미생물은 크게 광합성 세균(photosynthetic bacteria), 혐기성세균(non-photosynthetic anaerobic bacteria), 조류(algae) 등으로 구분되고, 이들의 수소 생성 기작, 사용가능기질 및 수소 발생량은 상당한 차이가 있다. 광합성세균은 Rhodospirillaceae, Chromatiaceae 및 Chlorobiaceae로 구분되며, 이는 각각 홍색비유황세균(purple non-sulfur bacteria), 홍색유황세균(purple sulfur bacteria), 녹색유황세균(green sulfur bacteria)으로 통칭된다. 혐기성 세균은 절대 또는 통성혐기세균중 일부가 수소생산에 관여하며, 조류는 녹조류(green algae)와 남조류(blue-green algae, cyanobacteria)가 알려져 있다. 생물학적 수소생산 기술은 (1) 녹조류(green algae)가 광합성 메카니즘에 의해 수소를 생산하는 직접 물 분해 수소생산(direct bio-photolysis) (2) 광합성 작용에 의해 물을 분해하여 산소를 발생하고, 동시에 공기 중 이산화탄소를 고정하여 고분자 저장물질로 균체 내에 저장한 후 혐기 발효 또는 광합성 발효에 의해 수소를 발생하는 간접 물 분해 수소생산(indirect bio-photolysis or two stage photolysis) (3) 빛이 존재하는 혐기상태 배양 조건에서 홍색 세균에 의한 광합성 발효(photo-fermentation) 또는 (4) 광이 존재하지 않는 조건에서 혐기 미생물에 의해 수소와 유기산을 내는 혐기 발효(dark anaerobic fermentation) (5) 균체 외(in virro) 수소 발생 (6) 일산화탄소 가스 전환 반응(microbial gas shift reaction)에 의한 수소 생산 기술로 구분할 수 있다. 물로부터 생물학적 기술에 의한 수소생산은 공기 중의 이산화탄소를 고정하고, 수소와 산소를 발생하는 원천기술로써 오래 전부터 미국, 유럽에서 태양에너지를 이용하는 광합성 미생물의 분리, 개선 및 반응기에 관한 연구가 축적되어 왔으며, 유기물 즉 바이오매스로부터 혐기 및 광합성 발효를 연속적으로 적용하는 기술은 비교적 최근에 일본을 비롯한 유기성 폐기물이 많은 국가에서 수소에너지 생산과 유기성 폐기물 처리라는 두 가지 목적에 부합하는 연구로써 활발히 진행되고 있다. 유기성 폐기물이나 폐수와 같은 수분함량이 높은 바이오매스는 대부분이 매립처리 되는 실정이지만 높은 수분 함량 때문에 매립 시 발생하는 침출수는 환경오염의 주범으로 가까운 장래에는 매립도 금지될 전망이다. 이와 같은 수소에너지 생산기술과 이용시스템 개발은 화석연료 사용을 최소화 할 수 있으며, 국내에서 다량 발생하는 유기성 폐기물을 이용한 에너지 생산으로 자원 강대국 입지에 설 수 있다. 미생물에 의한 수소생산 기술은 청정에너지 생산과 아울러, 동시에 산소 발생, 공기 중 이산화탄소 고정, 식품공장 폐수 및 음식쓰레기와 같은 유기성 폐기물 처리 등 환경에 이로운 방향으로 진행될 뿐만 아니라, 미생물 자체가 갖는 생물 산업성도 높아서 비타민류, 천연색소, 피부암 치료제등의 고부가가치 의약품 생산도 활성화할 수 있다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제40권4호
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• pp.185-191
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• 2013

Over the past decades, carbon dioxide concentration of the atmosphere of the world has increased significantly, and thereby the greenhouse effect has become a social issue. To solve this problem, new renewable energy sources including solar, hydrogen, geothermal, wind and bio-energy are suggested as alternatives. Among these new energy sources, bio-energy crops are widely introduced and under rapid progress. For example, corn and oilseed rape plants are used for the production of bio-ethanol and bio-diesel, respectively. However, grain prices has increased severely because of the use of corn for bio-ethanol production. Therefore, non-edible switchgrass draws attention as an alternative source for bio-ethanol production in USA. This review describes the shortage of fossil energy and an importance of switchgrass as a bio-energy crop. Also, some characteristics of its major cultivars are introduced including growth habit, total output of biomass yields. Furthermore, biotechnological approaches have been conducted to improve the productivity of switchgrass using tissue culture and genetic transformation.

• 대한환경공학회지
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• 제36권10호
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• pp.672-678
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• 2014

본 연구는 음식물 쓰레기 내 질소농도에 따른 발효과정에서 수소생성 특성과 미생물의 군집변화를 살펴보았다. 음식물 쓰레기 내 질소의 함량이 200 mg/L일 때 가장 높은 수소생산 효율을 보여주었으며, 이 때 수소생산율은 83.43 mL/g dry wt biomass/hr이였다. 질소의 함량이 600 mg/L 이상이 되면 수소생산이 저해되는 것으로 나타났으며 수소생산량과 B/A ratio (Butric acid/Acetic acid)의 비례적 상관관계는 관찰되지 않았다. 16S rDNA의 PCR-DGGE결과 대부분 군집은 Clostridium sp. 미생물로 규명되었으며 수소생성에 기여도가 큰 미생물은 Enterococcus faecium partial, Klebsiella pneumoniae strain ND6, Enterobacter sp. NCCP-231, 그리고 Clostridium algidicarnis strain E107 등으로 판명되었다.

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 한국전기화학회 2005년도 수소연료전지공동심포지움 2005논문집
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• pp.359-364
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• 2005

• Ocean and Polar Research
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• 제39권4호
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• pp.269-277
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• 2017

Medium compositions for the hyperthermophilic archaeon, Thermococcus onnurineus NA1 was statistically optimized to enhance formate-driven hydrogen ($H_2$) production by using response surface methodology. From the Plackett-Burman design-based experiment, it was confirmed that among the minor components of medium such as KCl, $MgSO_4$, $NH_4Cl$, Cystein-HCl, trace elements, Fe-EDTA and $CaCl_2$, the trace elements were screened as the only positively effective components with respect to $H_2$ production. Subsequently, the optimal concentrations of the trace elements and the major components of a medium such as NaCl, yeast extract and sodium formate were determined from the five-level central composite design (CCD)-based experiment. The resulting quadratic model predicted the maximum $H_2$ production of 46.6 mmol/L in serum bottle and it was validated experimentally using the optimal medium initially supplemented with 26.70 g/L of NaCl, 9.81 g/L of sodium formate, 3.50 g/L of yeast extract and 4.59 mL/L of trace elements. From the duplicate batch cultivations in the fermentor using the optimized medium, the a maximum $H_2$ production rate up to 71.8 mmol/L/h could be obtained, which was a 65% enhanced value compared with that obtained using the control medium, showing the high efficiency of the optimized medium.

• 대한환경공학회지
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• 제28권4호
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• pp.362-367
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• 2006

도시 하수처리장에서 수집되는 폐활성 슬러지는 유기성 물질을 다량 함유하고 있는 바이오매스이다. 하지만, 대부분의 연구 결과 폐활성 슬러지를 이용한 생물학적 수소생산율은 매우 낮다고 보고되고 있다. 본 연구에서는 폐활성 슬러지를 산, 알카리 처리, 기계적 처리, 열처리, 오존 처리, 초음파 처리 등의 전처리에 대한 효과를 살펴보았다. 전처리 실험결과, 폐활성 슬러지 내의 유기물질들은 가용화되었으며 $SCOD_{Cr}$값으로 약 14.6배의 증가를 보였다. 열처리된 혐기성 슬러지를 이용하여 폐활성 슬러지로부터 최적의 생물학적 수소생산을 위한 실험은 전처리 방법에 대한 효과 및 완충용액의 효과, 수소분압, 그리고 염소이온의 농도 등에 대하여 회분식 조건에서 살펴보았다. 실험결과 효과적인 전처리 방법 및 완충용액의 첨가, gas sparging 등의 방법에 의한 낮은 수소분압인 경우에 수소생산율이 0.52 mmol $H_2/g$-DS(Dried Solids)로 크게 증가함을 확인하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제29권9호
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• pp.1044-1050
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• 2007

본 연구는 대표적인 유기성 폐기물인 음식물쓰레기와 폐활성슬러지를 처리함과 동시에 수소를 생물학적인 방법으로 생성하기 위하여 운전인자인 가용화 방법, pH, VFAs 및 음식물쓰레기와 폐활성슬러지의 최적 혼합비율을 도출하고자 하였다. 폐활성슬러지의 수소 생성량을 높이기 위해 다양한 가용화 방법을 적용하여 그에 따른 수소 수율을 비교한 결과 알칼리와 초음파처리 한 병합처리에서 4.3 mL $H_2/g$ $VS_{consumed}$로 가장 높았으며, 음식물쓰레기와 가용화 된 폐활성슬러지를 혼합한 경우에도 병합처리 한 가용화 방법에서 수소 수율이 13.8 mL $H_2/g$ $VS_{consumed}$로 가장 높았다. 또한 pH는 $5.0\sim5.5$에서 운전시 가장 높은 수소 생성량을 보였으며, 음식물쓰레기와 가용화 된 폐활성슬러지의 최적 혼합비율은 2 : 1에서 수소 생성량이 5.0 L $H_2/L/d$로 가장 높았다. 생물학적 수소 생성이 많을수록 VFAs는 프로피온산의 농도가 낮았고, 부티르산이 아세트산보다 높은 비율로 생산되었다.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.408-412
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• 2005

Headspace의 이산화탄소 제거는 수소의 수율을 올릴 수 있는 효과적인 방법이지만, 증가된 수소의 분압(최대 91.2%)과 이산화탄소의 부재에 의해 글루코즈의 발효 경향에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이산화탄소의 제거는 homoacetogenesis에 의한 수소의 소모를 효과적으로 억제하였지만, 주요발효 부산물인 ethanol 및 기타 발효 부산물의 분해 또한 억제하는 결과를 나타내었다. 또한 소량으로 발생한 부산물들의 분석결과에서 이산화탄소가 제거된 반응에서 반응 후반부에 butyrate의 증가하는 현상이 관찰되었다. 하지만, 기존의 연구결과들처럼 증가된 수소의 분압에 의한 과다한 solvent의 생성은 관찰되지 않았으며, acetate의 과도한 발생을 방지할 수 있어 acetate에 의한 저해현상을 다소 억제할 수 있을 것으로 사료된다. 이산화탄소가 제거될 경우 최종 산물이 수소와 ethanol이므로 목적 반응이 hydrogen-ethanol fermentation이라면 이상적인 방향을 제시할 수 있을 것이다.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.438-442
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• 2005

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.