Kim, Seon-Ho;Mamuad, Lovelia L.;Kim, Dong-Woon;Kim, Soo-Ki;Lee, Sang-Suk
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제26권3호
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pp.558-566
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2016
Biotic agents such as fumarate-reducing bacteria can be used for controlling methane (CH4) production in the rumen. Fumarate-reducing bacteria convert fumarate to succinate by fumarate reductase, ultimately leading to the production of propionate. Fumarate-reducing bacteria in the genus Enterococcus were isolated from rumen fluid samples from slaughtered Korean native goats. The enterococci were identified as Enterococcus faecalis SROD5 and E. faecium SROD by phylogenetic analyses of 16S rRNA gene sequences. The fumarate reductase activities of the SROD5 and SROD strains were 42.13 and 37.05 mM NADH oxidized/min/mg of cellular nitrogen (N), respectively. Supplementation of rumen fermentation in vitro with the SROD5 and SROD strains produced significantly higher propionate, butyrate, and total volatile fatty acid (VFA) concentrations than controls at 12 h; VFA concentrations tended to increase after 24 h of incubation. The generated CH4 concentration was significantly lower in the SROD5 and SROD treatment groups after 24 h of incubation. These findings indicate that E. faecium SROD has potential as a direct-fed microbial additive for increasing total VFAs while decreasing CH4 production in rumen fermentation in vitro.
Methanol is a versatile compound that can be biologically synthesized from methane (CH4) by methanotrophs using a low energy-consuming and environment-friendly process. Methylocella tundrae is a type II methanotroph that can utilize CH4 as a carbon and energy source. Methanol is produced in the first step of the metabolic pathway of methanotrophs and is further oxidized into formaldehyde. Several parameters must be optimized to achieve high methanol production. In this study, we optimized the production conditions and process parameters for methanol production. The optimum incubation time, substrate, pH, agitation rate, temperature, phosphate buffer and sodium formate concentration, and cell concentration were determined to be 24 h, 50% CH4, pH 7, 150 rpm, 30℃, 100 mM and 50 mM, and 18 mg/ml, respectively. The optimization of these parameters significantly improved methanol production from 0.66 to 5.18 mM. The use of alginate-encapsulated cells resulted in enhanced methanol production stability and reusability of cells after five cycles of reuse under batch culture conditions.
다이아몬드 박막은 RF PACVD법에 의해 수소와 메탄으로부터 실리콘 웨이퍼 상에 성장되어졌다. 박막 성장 전에 표면의 핵생성 밀도를 증가시키기 위하여 1㎛의 다이아몬드 페이스트로 기계적 흡집을 내어 사용하였다. 메탄 농도를 변화시켜 제작한 박막에 대한 평가는 XRD, SEM 및 Raman Spectroscopy에 의해 이루어졌다. 성장된 박막의 결정성은 메탄 농도가 낮을수록 증가되었다.
Kim, Woo-Jae;Bui, Liem T.;Chun, Jae-Buhm;McClung, Anna M.;Barnaby, Jinyoung Y.
Plant Breeding and Biotechnology
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제6권4호
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pp.381-390
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2018
Percentage of aerenchyma area has been closely linked with amounts of methane emitted by rice. A diversity panel of 39 global rice varieties were examined to determine genetic variation for root transverse section (RTS), aerenchyma area, and % aerenchyma. RTS and aerenchyma area showed a strong positive correlation while there existed no significant correlation between RTS area and % aerenchyma. Five varieties previously shown to differ in methane emissions under field conditions were found to encompass the variation found in the diversity panel for RTS and aerenchyma area. These five varieties were evaluated in a greenhouse study to determine the relationship of RTS, aerenchyma area, and % aerenchyma with methane emissions. Methane emissions at physiological maturity were the highest for 'Rondo', followed by 'Jupiter', while 'Sabine', 'Francis' and 'CLXL745' emitted the least. The same varietal rank, 'Rondo' being the largest and 'CLXL745' the smallest, was observed with RTS and aerenchyma areas. RTS and aerenchyma area were significantly correlated with methane emissions, r = 0.61 and r = 0.57, respectively (P < 0.001); however, there was no relationship with % aerenchyma. Our results demonstrated that varieties with a larger root area also developed a larger aerenchyma area, which serves as a gas conduit, and as a result, methane emissions were increased. This study suggests that root transverse section area could be used as a means of selecting germplasm with reduced $CH_4$ emissions.
Emission reduction of $CH_4$ (methane gas) from rice paddy soil is a very important measure for climate change mitigation in agricultural sector. In this study, we investigated the changes in crop yield and $CH_4$ emissions in response to application of biochar and fertilizers. The experimental site is located in Hwasung, Kyunggido and experimental design is the split-plot method with three replicates. Treatments included rice straw (RS) and biochar (BC) amendments nested with the conventional NPK fertilizer (NPK) and slow release fertilizer (SRF). Control was also prepared with the soil with the conventional NPK fertilization with no amendment. Measurement of $CH_4$ emission was conducted during the growing season of 2014 using a dynamic chamber method. The results showed that application of rice straw increased daily $CH_4$ emission rate by 15%, while application of biochar reduced daily $CH_4$ emission rate by 38%. When we combined biochar application with slow release fertilizer, $CH_4$ emission was reduced by 45%. Further, the crop yield was also increased in all treatments compared with the control except for the treatment of rice straw application with slow release fertilizer. Overall results imply that biochar amendment to agricultural soil can be an effective strategy to decrease annual $CH_4$ emission with no reduction in crop yield.
This paper is studying the selective separation of methane and carbon dioxide which are the main ingredients of biogas. Adsorption performance of molecular sieve 13x for carbon dioxide seems to be reasonable. In this experiments carbon dioxide contains about 3~5 ppm of methane and it is impossible to obtain high purity carbon dioxide. Applying the low temperature technique, it is possible to separate methane and carbon dioxide from bio gas. PRO II simulation shows results a small change of liquefaction temperatures and no difference with the used thermodynamic models. Applying low temperature technique, It is possible to separate carbon dioxide and methane from biogas.
Waste activated sludge (WAS) was thermally pretreated to enhance hydrolysis and ultimately methane yield. Batch and semi-continuous anaerobic digestion were conducted to evaluate the performance of methane fermentation of the hydrolyzed sludge and to investigate the kinetics of sludge fermentation. Thermal pretreatment remarkably enhanced digestion performances particularly the methane fermentation with three times more methane production than before the pretreatment. Gas production and kinetic parameters in the semi-continuous anaerobic digestion were estimated using Chen Hashimoto model. The model simulation fitted well the experimental results and the model was shown to be suitable for evaluating the effects of disintegration of WAS in anaerobic digestion. Three parameters ($B_o$, K, and ${\mu}_m$) determined by model simulation were $0.0807L-CH_4/g-VS$, 0.453 and $0.154d^{-1}$ for control sludge, and $0.253L-CH_4/g-VS$, 0.835 and $0.218d^{-1}$ for thermally pretreated sludge, respectively.
Fly ash, a by-product of the coal-burning industry, and a potential source of ferro-alumino-silicate minerals, which contains high amount of ferric oxide and manganese oxide (electron acceptors), was selected as soil amendment for reducing methane $(CH_4)$ emission during rice cultivation. The fly ash was applied into potted soils at the rate of 0, 2, 10, and 20 Mg $ha^{-1}$ before rice transplanting. $CH_4$ flux from the potted soil with rice plants was measured along with soil Eh and floodwater pH during the cropping season. $CH_4$ emission rates measured by closed chamber method decreased gradually with the increasing levels of fly ash applied but rice yield significantly increased up to 10 Mg $ha^{-1}$ application level of the amendment. At this amendment level, total seasonal $CH_4$ emission was decreased by 20% along with 17% rice grain yield increment over the control. The decrease in total $CH_4$ emission may be attributed due to suppression of $CH_4$ production by the high content of active and free iron, and manganese oxides, which acted as oxidizing agents as well as electron acceptors. In conclusion fly ash could be considered as a feasible soil amendment for reducing total seasonal $CH_4$ emissions as well as maintaining higher grain yield potential under optimum soil nutrients balance condition.
This study was conducted to evaluate methane ($CH_4$) and nitrous oxide ($N_2O$) emissions from livestock agriculture in 16 local administrative districts of Korea from 1990 to 2030. National Inventory Report used 3 yr averaged livestock population but this study used 1 yr livestock population to find yearly emission fluctuations. Extrapolation of the livestock population from 1990 to 2009 was used to forecast future livestock population from 2010 to 2030. Past (yr 1990 to 2009) and forecasted (yr 2010 to 2030) averaged enteric $CH_4$ emissions and $CH_4$ and $N_2O$ emissions from manure treatment were estimated. In the section of enteric fermentation, forecasted average $CH_4$ emissions from 16 local administrative districts were estimated to increase by 4%-114% compared to that of the past except for Daejeon (-63%), Seoul (-36%) and Gyeonggi (-7%). As for manure treatment, forecasted average $CH_4$ emissions from the 16 local administrative districts were estimated to increase by 3%-124% compared to past average except for Daejeon (-77%), Busan (-60%), Gwangju (-48%) and Seoul (-8%). For manure treatment, forecasted average $N_2O$ emissions from the 16 local administrative districts were estimated to increase by 10%-153% compared to past average $CH_4$ emissions except for Daejeon (-60%), Seoul (-4.0%), and Gwangju (-0.2%). With the carbon dioxide equivalent emissions ($CO_2$-Eq), forecasted average $CO_2$-Eq from the 16 local administrative districts were estimated to increase by 31%-120% compared to past average $CH_4$ emissions except Daejeon (-65%), Seoul (-24%), Busan (-18%), Gwangju (-8%) and Gyeonggi (-1%). The decreased $CO_2$-Eq from 5 local administrative districts was only 34 kt, which was insignificantly small compared to increase of 2,809 kt from other 11 local administrative districts. Annual growth rates of enteric $CH_4$ emissions, $CH_4$ and $N_2O$ emissions from manure management in Korea from 1990 to 2009 were 1.7%, 2.6%, and 3.2%, respectively. The annual growth rate of total $CO_2$-Eq was 2.2%. Efforts by the local administrative offices to improve the accuracy of activity data are essential to improve GHG inventories. Direct measurements of GHG emissions from enteric fermentation and manure treatment systems will further enhance the accuracy of the GHG data.
담수 토양인 논토양과 습지 토양에 킬레이팅 에이전트 EDTA를 처리하고 실내시험을 실시한 결과, 두 토양 모두에서 메탄 생산량이 확연히 감소함을 알 수 있었다. EDTA 처리량을 증가시킴에 따라 토양수 내 니켈이 증가하였으며 메탄생성균의 활성은 저감되었다. 메탄생성균의 활성이 저감됨에 따라 메탄 생산량은 현저히 감소하였으며 메탄생성균의 활성과 메탄생성량은 상당히 유의한 상관관계를 지니고 있었다. 이러한 메탄 저감 효과는 EDTA처리에 따라 coenzyme F430의 Ni이 EDTA와 킬레이팅 화합물을 형성함에 따라 분자크기가 증대하게 됨으로서 methyl coenzyme M reductase (MCR)에 의한 메탄을 생성하는 반응을 억제 시키는 것이 원인으로 판단된다. 결론적으로 담수토양에서 EDTA처리에 의해 니켈은 메탄생성균 체내로의 흡수가 억제되었고 이러한 니켈의 흡수저해는 메탄생성균의 활성을 억제시켜 토양으로부터 메탄 생산성량을 저감시킨 것으로 확인되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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