• KSBB Journal
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• 제18권6호
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• pp.473-478
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• 2003

본 연구의 목적은 메탄을 최대로 발생시킬 수 있는 최적조건을 탐색하는데 있다. 탐색한 최적조건 인자로는 온도, pH, 탄소원, 그리고 질소원이며, 메탄 발생에 영향을 주는 저해제에 대해서도 조사하였다. 결과적으로, 온도는 3$0^{\circ}C$, pH는 중성영역, 탄소원은 methanol, 질소원은 NH$_4$Cl에서 최대의 메탄을 얻을 수 있었으며, 메탄 생성에 대한 저해재의 영향을 조사한 결과 10 mM 미만의 극소량이라도 2-bromoethanesulfonic acid가 존재할 경우 메탄 발생량이 감소하는 결과를 보였다. 메탄 발생에 대한 pH 변화를 조사해 본 결과, pH가 7.5에서 6.5로 내려가는 동안에는 메탄 발생량이 증가하였으나, 6.5에서 6.0으로 변화되면서는 메탄 발생량이 감소하였다. 따라서 pH 변화를 실시간으로 측정하여 상분리 발효를 적용하면 최적 메탄 생성 조건을 유지할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 메탄 발생 시 배지 내에 생성되는 유기산을 측정해 본 결과 생성된 유기산 중 formic acid가 0.1M로 최대량을 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.180-180
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• 2022

최근 하천 횡단구조물로 형성된 호소 및 저수지에는 오랜 시간동안 다양한 유기 퇴적물이 유입되고 오염되어 호소환경 및 호소 생태계에 악영향을 미칠 수 있으며, 환경 여건에 따라 메탄과 온실가스를 유발할 수도 있다. 이러한 온실가스를 검출하고 그 원인을 파악하여 감축하는 일련의 기술이 국가적인 온실가스 감축 정책과 맞물려 새로운 이슈로 등장하였다. 일반적으로 메탄가스를 측정하는 실험은 BMP(Biochemical Methane Potential)-Test이며, 수치모의에 비해 BMP-Test는 수심이 깊은 지역이나 유속이 빠른 구역에는 적용이 어려운 한계가 존재한다. 이러한 BMP-Test의 한계점을 보완하는 차원에서 사전검증된 수치모형 COMSOL Multiphysics 소프트웨어를 이용하여 메탄가스 발생기작을 재현 및 도출하고 실내 실험결과와 비교 분석하였다. 첫째, COMSOL Multiphysics가 호소에서 발생하는 메탄가스 발생기작의 재현 타당성을 입증하기 위해 동일한 조건의 인공합성된 유기물을 이용한 실내 실험에서 수행된 BMP-Test와 비교·분석을 수행하였다. 둘째, COMSOL Multiphysics에 TOC(총유기탄소), TP(총 인)에 따른 유기물 조건과 메탄 발생 화학식을 설정하여 온도에 따른 메탄 생성량과 반응상수를 산출하였고, 이를 BMP-Test 결과와 비교하였다. BMP-Test의 비교·분석 결과를 바탕으로 하천 및 호소에서 발생하는 메탄가스 발생에 대한 COMSOL Multiphysics의 활용가능성을 검증하였다. 향후 하천 및 호소로부터의 발생가능한 온실가스 감축 목표를 달성하기 위한 하천 유기물 환경의 평가 또는 최적화 조성에 유사한 검증과정을 거친 COMSOL Multiphysics를 활용할 수 있을 거라 기대된다.

• 생태와환경
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• 제34권1호통권93호
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• pp.54-61
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• 2001

저온에서 메탄발생 경로의 변화에 대하여 팔당호 연안대에서 채취한 저질토 슬러리를 배양하여 실험하였다. 저질토 슬러리의 메탄발생속도는 5${\sim}$45$^{\circ}C$ 범위에서 온도가 상승함에 따라서 지수함수적으로 증가하여 45$^{\circ}C$에서 7.4 nmol${\cdot}$g$^{-1}{\cdot}$h$^{-1}$로서 최대에 달한 후 급격히 감소하였다. 배양온도를 고온인 30$^{\circ}C$에서 저온인 15$^{\circ}C$로 감소시키면 메탄발생속도와 수소축적속도가 감소하였고 아세트산은 일시적으로 축적되었다. 배양온도 15$^{\circ}C$와 30$^{\circ}C$에서 클로로포름은 메탄발생을 완전히 억제하였고 메탄발생의 직접적 기질인 수소와 아세트산이 축적되었다. 이 수소와 아세트산의 축적량을 메탄발생량으로 환산하면, 아세트산으로부터의 메탄발생량은 30$^{\circ}C$와 15$^{\circ}C$에서 각각 총메탄발생량의 14%와 75%로 추정되었다. 또한 저온에서 저질토 슬러리에 아세트산을 19 mM 이상으로 첨가하면 메탄발생이 저해되었다. 결국 저온 조건에서는 메탄발생에 대한 아세트산의 상대적 기여도가 증가하고, 고농도의 아세트산에 의하여 메탄과정이 저해되었다. 그러므로 팔당호 연안대 저질토의 유기물 혐기분해에서 아세트산-이용 메탄발생과정은 저온에서 핵심과정이 되고, 고농도의 아세트산에 의한 병목현상이 일어난다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.173-173
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• 2022

유기 퇴적 오염물은 다양한 형태로 호소 바닥에 축적되어 호소 환경 및 생태계에 악영향을 미치고 있으며 메탄가스와 같은 온실가스의 발생을 유발한다. 또한, 수력 산업, 관개, 이·치수 등 다양한 목적에 의해 수체의 형성이 활발하게 이루어지면서 하천 및 호소에 의한 탄소유출을 전지구적 탄소순환에 적극적으로 포함시켜야 한다는 필요성이 증가하고 있다. 따라서 하천 및 호소에서 발생하는 다양한 생지화학적 반응에 의한 메탄 발생 메커니즘 파악은 유역의 중요한 환경평가 지표를 나타내며 탄소 순환을 이해하는데 매우 중요하다. 수온, 수심, 유기물 조건에 따른 하천 및 호소의 메탄 발생을 분석한 연구들이 선행되었으나 생지화학적 특성을 정리하고 이에 따른메탄 발생을 정량화한 연구들은 거의 없는 상황이다. 본 연구는 호소 내 메탄을 발생시키는 기작을 판별하기 위해 수온과 호소 환경과 유사한 TOC(총유기탄소)와 TP(총인) 조건과 같은 유기물 조건을 설정하여 BMP Test를 수행하였다. 반응수조에서 발생한 가스를 포집한 후 GC(Gas Chromatograpghy) 분석을 통해 메탄 생성량을 산출하였고, 유기물 조건에 따라 이론적인 메탄 생성량 대비 실제 발생한 메탄 생성량을 나타내는 생분해도를 산출하여 호소 환경별 주요 기작에 따른 가스 발생을 정량화 하였다. 실험 결과 수온에 가장 큰 영향을 받았으며, 수온에 따라 TP, TOC 순으로 메탄 발생의 영향성을 확인하였다. 향후에는 호소 환경에서의 유기물 조건을 반영하기 위해 입도비, 점착성/ 비점착성 조건, 수체의 높이 조건을 포함한 추가 실험을 수행하고 메탄수율을 정량화하여 호소 내 유기퇴적물에 대한 생지화학적 및 수환경 영향 평가 기법 개발이 가능할 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.466-466
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• 2023

전세계적으로 2050년까지 탄소 배출량을 0으로 만들기 위한 탄소중립을 선언하였고, 우리나라에서는 온실가스 감축 목표 달성을 위해 논물관리기술 확산, 가축분뇨 자원순환 등 농업 분야 탄소 저감 계획을 수립하였다. 특히, 논물관리기술을 통한 탄소 저감 목표를 달성하기 위해서는 지역별 적합한 논물관리기술 모델이 개발되어야 한다. 이에 본 연구에서는 강원도 지역에 적합한 논물관리기술 모델 개발을 위해 강원도 원주시 일대 6개의 시험포를 조성하여 메탄 발생량을 모니터링 하였다. 각 시험포는 상시담수(S1), 4주 중간 물떼기+얕게 걸러 대기(S2), 4주 중간 물떼기+얕게 대기(S3), 3주 중간 물떼기+얕게 걸러 대기(S4), 2주 중간 물떼기+얕게 걸러 대기(S5), 2주 중간 물떼기+얕게 대기(S6)로 논물관리기간을 다르게 설정하였다. 그리고 각 시험포에는 메탄 발생량 모니터링을 위해 각각 3개의 챔버와 논물관리를 위한 자동물꼬조절장치를 설치하였다. 메탄발생량 모니터링은 2022년 5월부터 2022년 9월까지 총 5개월 동안 25회 진행하였다. 메탄 발생량 모니터링 결과 S1은 423.1 kg/ha, S2는 348.4 kg/ha, S3은 396.4 kg/ha, S4는 164.7 kg/ha, S5는 347.9 kg/ha, S6은 234.1 kg/ha 의 메탄이 배출된 것으로 분석되었다. 분석결과와 같이 S1에서 메탄 발생량이 가장 많았으며, S4에서 가장 적게 발생한 것으로 분석되었다. 논에서 발생되는 메탄에 영향을 주는 인자는 토양 유기물, 토양 산도 등이 중요한 요인으로 알려져 있으며, 이앙 전과 수확 후 토양분석을 진행한 결과 시험포별 인자별 변화량 차이가 나타났다. 따라서 장기적인 모니터링을 통해 논물관리기술에 따른 토양유기물 및 토양 산도 변화에 대한 보완이 필요할 것으로 판단되며, 지속적인 메탄 발생량 모니터링을 통해 강원도 지역에 적합한 논물관리기술을 적용해야 할 것으로 보여진다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.114.2-114.2
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• 2010

마이크로 반응기술은 작은 반응기 부피, 높은 열전달, 넓은 반응 면적/부피 및 정확한 반응시간 조절이 가능하기 때문에 화학공정의 고집적화, 반응 선택도의 향상 및 안전도 향상을 꾀할 수 있는 장점이 있다. 이러한 마이크로 반응 기술을 중소형 천연가스 및 국내에서 소규모로 국지적으로 발생하는 메탄의 활용 방안으로서 개발함은 청정 합성유를 제조함으로서 석유 자원의 고갈과 고유가에 대비하여 에너지 자원의 다변화 및 자립을 확보 할 수 있다. 본 연구에서는 마이크로 반응기술을 적용한 미세 유로 반응기(Micro Channel Reactor)를 사용하여 메탄 스팀 개질 반응 특성을 연구하였다. 미세유로 반응기는 내부 홀이 존재하는 plate를 적층함으로 반응기내에 반응가스가 이동할 수 있는 미세유로가 존재하게 하였다. 이러한 미세유로는 반응기의 크기가 작음에도 반응기내에서 반응가스가 충분히 반응할 수 있는 시간과 높은 열전달 효율을 가질 수 있게 한다. 메탄 스팀 개질 반응에 사용된 촉매는 Ni 촉매를 사용하였고, 반응에 필요한 열원으로는 수소 연소에서 발생한 열을 사용하여 반응을 유도하였다. 본 반응기는 외부의 열원을 사용하지 않고, 반응기 내부의 수소 연소에서 발생한 열을 사용함으로 적은 발생 열만으로 메탄 스팀 개질 반응에 필요한 에너지를 얻을 수 있고, 열의 손실이 적다. 또한 메탄 스팀 개질 반응으로 발생한 일부의 수소를 열원으로 이용하여 에너지 사용면에서도 효율적인 반응 공정이다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권11호
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• pp.765-771
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• 2012

본 연구에서는 BMP (Biochemical Methane Potential) test를 통해 얼갈이배추, 딸기, 토마토, 오이, 참외 시설농업부산물의 잠재메탄발생량을 조사하였다. 또한, 시설농업부산물을 사일로에 저장하고 저장 전후의 잠재메탄발생량을 비교하여 사일리지 저장기술이 메탄 생산에 미치는 영향을 분석하였다. 대상 시료의 잠재메탄발생량과 생분해도는 각각 149~286 mL-$CH_4/g$-VS, 27~48%(by vol.)의 범위를 나타내었으며 메탄발생량은 얼갈이배추 > 참외 > 딸기 ${\approx}$ 오이 > 토마토 순으로 조사되었다. 사일로 저장 후, 원시료와 비교하였을 때 VS 기준 메탄발생량이 -11~36%(by vol.) 증감하여 시료 별로 상이한 결과를 보였다. 저장기간 중 유기산 증가, 섬유소 분해로 메탄발생량이 증가하고 화학 성분의 변화, 암모니아 저해로 메탄발생량이 감소한 것으로 판단된다.

• 유기물자원화
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• 제15권3호
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• pp.113-120
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• 2007

최종 메탄수율, 동력학적 상수 및 최대 메탄발생 속도 등 돈분의 메탄생성 특성을 평가하기 위하여 혐기성 회분식 실험을 수행하였다. 돈분의 혐기성 분해 동력학적 거동 평가시 1차 반응으로 기정하였으며 최종 메탄수율, 동력학적 상수 및 최대 메탄발생 속도는 각각 0.27~0.44L $CH_4/gVS$, $0.161{\sim}0.280d^{-1}$ 및 0.043~0.120L $CH_4/d$로 나타났다. 돈분 자체를 식종물질로 사용하는 경우 장기간의 초기 순응기간이 소요되었으나 최종 메탄수율에는 차이가 없는 것으로 나타났다. 돈분의 혐기성 처리는 효과적이나 고형물의 함량이 높은 경우 이상 혐기성 소화가 단상 혐기성 소화에 비해 효과적인 것으로 판단된다.

• 한국작물학회지
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• 제60권2호
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• pp.167-173
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• 2015

농경지의 볏짚 수거량이 증가하면서 부족한 유기물을 공급하기 위하여 녹비작물을 이용하고 있다. 녹비작물은 유기물공급과 화학비료 대체가 가능한 우수한 유기물원이다. 그러나 농경지에서 분해되는 과정에 메탄을 발생시키기 때문에 메탄발생량을 줄이기 위한 노력이 요구된다. 따라서 논토양에서 녹비작물을 이용할 때 메탄발생량을 줄이기 위하여 경운깊이를 달리하여 시험하였다. 벼 생육기간 중 메탄 발생량은 이앙 후 63일, 74일에 가장 많았고 이앙 후 74일 이후부터 감소되었으며 이앙 후 106일에는 거의 발생되지 않았다. 녹비종류에 따른 메탄발생량은 보리환원구에서 가장 많았고, 그 다음은 헤어리베치, 화학비료 순이었다. 경운 깊이에 따른 메탄발생량은 10cm경운보다 20 cm로 경운함으로써 화학비료는 22.5%, 헤어리베치 환원구는 12.4%, 보리환원구는 11.7% 감소되었다. 벼 재배기간 동안 대기온도는 $30{\sim}40^{\circ}C$였고, 지온은 대기온도보다 약 $2{\sim}10^{\circ}C$정도 낮았다. 산화환원전위(Eh)는 이앙 전 관개를 시작하면서 급격히 토양이 환원되어 (-)값을 나타냈다. 작물 재배기간 동안 산화환원전위차는 -300~-500 mV으로 낮았으며 관개가 중단된 이앙 후 106일 이후에는 다시 급격하게 증가되었다. 쌀 수량은 경운깊이에 따른 차이는 없었으나 녹비작물중에서는 헤어리베치 환원구에서 가장 많았다. 논토양에서 헤어리베치를 이용할 때 20cm로 경운하여 메탄발생을 효과적으로 줄일 수 있었다.

• 유기물자원화
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• 제22권3호
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• pp.11-22
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• 2014

음식물 쓰레기는 산완충능(buffer capacity)이 충분하지 않아 포집과 운송기간 동안 유기산이 축적될 수 있고 몰리브덴이나 코발트와 같은 미량원소가 부족할 수 있기 때문에 가축분뇨는 음식물 쓰레기와 혼합소화 시 부족한 메탄생성량을 보충할 수 있는 혼합기질로서 적합한 것으로 판단된다. 본 논문에서는 성공적인 혐기공정 설계 및 안정적 운영을 위한 우리 나라 유래 대상기질의 실제성상 특징과 메탄가스 발생사이의 상관성을 알아보고자 하였다. 서울시의 8개 기초자치단체(강남, 강동, 송파, 영등포, 관악, 구로, 동작, 용산)의 음식물 쓰레기 중간 집하장이나 처리시설에서 음식물 쓰레기를 채취하였다. 음식물 쓰레기의 고형물 함량은 평균 16%를 보였고 잠재 메탄발생량은 평균 $446.6STP-m{\ell}/g-VS$로서 $334.8{\sim}567.5STP-m{\ell}/g-VS$의 범위를 가진다. 우분의 고형물 함량과 잠재메탄 발생량은 각각 평균 26%과 $280.6STP-m{\ell}/g-VS$로 타나났다. 잠재 메탄발생량은 고위발열량, 지방 함량, 탄소함량, 수소함량과 양의 상관관계를 가지고 탄수화물 함량과 음의 상관관계를 가지는 것으로 나타났다($r^2>0.8$). 따라서 이러한 기질특성 분석결과를 통해 잠재 메탄발생량을 비교적 정확하게 예측하였다. 본 연구에서는 단일 기질과 잠재 메탄발생량을 분석하였으나 향후는 최대 메탄발생량을 위하여 혼합기질 (음식물쓰레기, 가축분뇨, 수분조절제 등)의 최적조합을 결정하는 연구가 수행하여야 할 것으로 여겨진다.