• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.246.1-246.1
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• 2010

본 연구는 바이오가스의 에너지효율성을 높이기 위한 연구로서 바이오가스 정제공정과 초저온액화공정을 통하여 액화바이오메탄을 생산하는 바이오가스 고질화기술개발 연구이다. 바이오가스 정제공정은 탈황, 제습, 흡착, 압축, $CO_2/CH_4$ 분리공정으로 구성하고, 초저온액화공정은 열교환기, $CO_2$ 제거설비, 질소냉매 공급공정으로 구성하여 혐기성소화조에서 발생하는 바이오가스($CH_4$ 농도: 60~65%, $H_2S$: 1,500~2,500ppm)를 $200Nm^3/hr$의 유량으로 인입시켜 액화바이오메탄을 생산하였다. 연구결과, 탈황공정에서는 가성소다 세정법을 이용하여 1,500~2,500ppm으로 인입되는 $H_2S$를 100ppm 이하로 제거한 후, 흡착법을 이용하여 $H_2S$를 완전히 제거하였다. 바이오가스에 포화된 수분은 냉각제습과 흡착제습공정을 통해 Dew point $-70{\sim}-90^{\circ}C$까지 제거하여 안정적으로 $CO_2/CH_4$ 분리공정에 인입시켰다. $CO_2/CH_4$ 분리공정은 흡착방식을 적용하여 $CH_4$ 순도가 95% 이상인 바이오메탄을 생산하였으며, 이때 메탄 회수율은 약 87%이였다. $CO_2$가 분리된 바이오메탄은 초저온액화공정을 이용하여 액화바이오메탄으로 전환시켰다. 이때 초저온액화공정은 Reverse Brayton cycle로 구성하였으며, 냉매로는 질소를 사용하였다. 액화바이오메탄의 생산은 바이오메탄을 등엔트로피과정인 단열팽창을 통하여 $-155{\sim}-159^{\circ}C$의 초저온으로 냉각되는 질소냉매와 열교환기에서 열교환시켜 이루어졌으며 그 생산량은 $3.46m^3$/day(1bar, $-161^{\circ}C$)이었다.

• 청정기술
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• 제16권1호
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• pp.51-58
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• 2010

해조류를 바이오매스로 이용하는 혐기성 발효를 통해 메탄을 생성하는 연구를 수행하였다. 먼저 원소분석을 통한 다시마, 미역, 톳 등 세 종류의 바이오매스의 이론 메탄가스 전환량을 구한 결과, 분석한 세 종류의 해조류는 C 34 ~ 36%, H 5%, O 37 ~ 43%, N 2 ~ 4%, S 0.4 ~ 0.7%, ash 14 ~ 21%를 포함하고 있었으며, 이론적으로 56 ~ 60%의 메탄전환이 가능한 것으로 나타났다. 이는 g VS(고형분) 당 442 ~ 568 mL의 메탄가스를 생산할 수 있는 양이다. 생물학적메탄잠재력 (Biological Methane Potential, BMP) 시험을 통하여 실제 메탄가스를 측정한 결과, 다시마에서 최대 메탄생성수율 (52%)을 보였다. 이어서 회분식으로 메탄가스 생산에 영향을 미치는 여러 가지 인자들 (유기물 농도, pH, 염분, 입자크기, 그리고 시료전처리)에 대한 조사를 통해 최적의 메탄가스 생산조건을 구하였다. 전처리한 다시마 5 g VS/200 mL를 pH 8조건에서 염분 제거 없이 사용했을 때 이론치의 51%(197.1 mL/g VS)를 얻었고, 더욱이 습식멸균기로 해조류를 찐 경우 27% 증가한 268.5 mL/g VS 메탄가스를 생산할 수 있었다. 또한 연속반응기 (7 L 운영부피/10 L 반응기)를 이용하여 65일 간 운전한 결과 하루 최대 약 1.4 L의 메탄가스 (평균 메탄함량 70%)를 생산할 수 있었다.

• 한국토양비료학회지
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• 제44권5호
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• pp.903-915
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• 2011

최근 농산 바이오매스를 이용한 혐기적 메탄생산은 가장 실질적인 바이오 에너지 생산 방법으로 주목받고 있다. 그러나 국내의 경우 폐기물 처리 측면에서 가축분뇨, 음식물쓰레기, 하수슬러지에 대한 혐기소화 연구가 주를 이루고 있으며, 농업생산과정에서 발생하는 각종 농산 바이오매스에 대한 혐기소화 연구는 매우 미흡한 실정이다. 특히 국내에서 농산 바이오매스의 혐기적 매탄 생산 퍼텐셜은 측정 방법이 표준화되어 있지 않아 다양한 연구자들의 연구결과를 비교 활용하는데 어려움이 있어 왔다. 외국의 경우 독일은 VDI 4630, 미국은 ASTM E2170-01을 혐기적메탄 생산 퍼텐셜 및 유기물 분해율 분석의 표준분석 방법으로 활용하고 있다. 따라서 독일과 미국의 메탄생산 퍼텐셜 분석법을 비교 검토하여 메탄 생산 퍼텐셜을 정의하고, 분석방법, 영향인자, 기술적인 계산 방법등을 고찰하였다. 한편 국내외 농산 바이오매스의 메탄 생산 퍼텐셜 측정 현황을 살펴보고자, 국내의 경우에는 1980년대에 실시되었던 볏짚 등의 18종의 농산 바이오매스와 식품산업부산물 등의 연구 자료를 조사하였으며, 국외는 43개 농산바이오매스에 대하여 곡류, 채소류, 특용작물, 과수, 기타작물로 분류하고, 사료작물인 사탕수수, 사탕무, 옥수수 등은 에너지 작물로 분류하여 216건의 메탄 생산 퍼텐셜에 대한 연구자료를 조사하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제17권1호
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• pp.98-108
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• 2006

본 연구에서는 이 단계 연속 바이오 수소/메탄 생산공정의 경제성을 조사하였다. 경제적 관점에서 다양한 수소 및 메탄 발효용 생물반응기를 비교 평가하였다. 이를 바탕으로 포도당으로부터 일 단계 수소발효를 위해 고온 trickling biofilter 반응기 (TBR, $100\;m^3$ 규모)를, 일 단계 반응의 부산물로 생성된 유기산과 알콜류의 이 단계 메탄전환을 위해 고온 upflow anaerobic sludge 반응기 (UASB; $700\;m^3$ 규모)를 선정하였다. 본 이 단계 공정의 수소생산 비용은 $$\;0.26/Nm^3$으로 계산되었고, 이는 고온 TBR 반응기만을 이용한 경우보다 약 30 % 낮았다. 이 단계 공정의 낮은 수소생산 비용은 높은 에너지 회수율과 낮은 슬러지 처리비용에 의한 것이었다. 생물학적 수소 생산공정의 경제성은 탄소원의 종류, 생물반응기의 형태 등 여러 인자에 의해 변경될 수 있으나, 본 연구결과는 향후 연구를 위한 유용한 기준으로 고려될 수 있다.

• 한국농공학회논문집
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• 제51권2호
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• pp.1-6
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• 2009

Acetogen과 같은 일부 혐기성미생물은 소위 acetyl-CoA 경로에 의해 아세트산, 에탄올, 그리고 몇 가지 생화학 물질을 생산한다. 이 경로에서는 일산화탄소를 기질로 이용할 수 있다. 일산화탄소 이외에 수소가 이용될 수 있다. 즉 이들 미생물은 독립영양생물로서 이산화탄소와 태양광에너지를 이용하는 녹색식물과 비유될 수 있으며, 일산화탄소는 탄소원으로서 동시에 에너지원으로서 이용된다. 본 연구에서는 혐기성 소화액 중 아세트산을 생성하는 미생물이 존재한다고 가정하고, 일산화탄소와 수소가 주 가연성분인 합성가스를 공급하면 추가의 메탄이 생성가능성을 평가하였다. 혐기성 소화과정에서 발생되는 메탄은 주로 아세트산으로부터 만들어지므로 일산화탄소를 공급하는 경우 추가로 메탄이 생성될 것으로 추측할 수 있기 때문이다. 이를 확인하기 위하여 현재 운영중인 바이오가스 생산 설비로부터 얻은 혐기성 소화액을 생물반응조에 넣은 후, 합성가스를 순환-공급하여 가스 생산량의 변화 및 조성을 분석하였다. 질소가스를 공급한 대조구와는 달리 일산화탄소 또는 합성가스를 공급한 경우에는 메탄가스가 생산되는 것을 확인하였다. 질소가스를 공급한 대조구와는 달리 일산화탄소 또는 합성가스를 공급한 경우에는 메탄가스가 생산되는 것을 확인하였다. 일산화탄소만을 공급했을 때에는 이산화탄소의 생성으로 가스 생산량이 증가하였으나, 수소가 포함된 합성가스를 공급하였을 때에는 이산화탄소가 탄소원이로 소비되어 가스 저장도 내의 가스량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 가스화공정에 으해 얻어지는 합성가스는 온도와 가스 조성을 고러할 때, 바이오가스 생산을 위한 혐기성 소화조와 연계하면 소화조의 가온에 필요한 열을 공급할 수 있고 바이오가스 중 이산화탄소 농도를 낮추어 발열량을 개선할 수 있을 것으로 판단된다.

• 공업화학전망
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• 제19권2호
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• pp.28-35
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• 2016

천연가스, 셰일가스 및 바이오가스의 주성분인 메탄은 지구온난화 가스로, 감축대상인 동시에 차세대 탄소 자원으로 주목을 받고 있다. 기존의 화학적 메탄전환방법은 대규모 설비투자가 요구되는 규모의 경제가 적용되어 소규모 한계 가스전에는 활용이 어렵다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 최근에 생물학적 전환법이 대안으로 고려되고 있다. 메탄자화균은 메탄산화효소(methane monooxygenase)를 이용하여 상온 상압에서 메탄을 탄소원으로 사용하여 생장할 수 있다. 따라서 메탄자화균의 메탄 대사경로를 기반으로 대사공학을 활용하면 메탄으로부터의 다양한 종류의 고부가가치 산물 생산이 가능하다. 본고에서는 메탄자화균을 이용한 메탄의 바이오전환 기술의 현황 및 전망에 대하여 논의하였다.

• 에너지공학
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• 제23권2호
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• pp.62-73
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• 2014

본 연구는 혐기성소화조에서 발생된 바이오가스로부터 바이오메탄을 생산하기 위한 고질화 공정의 운전조건을 최적화하기 위하여 반응표면 분석모델을 적용하였다. 반응표면 분석법의 하나인 Box-Behnken 설계법을 이용하였으며 바이오가스 고질화 공정의 메탄농도와 메탄회수율을 극대화하기 위한 수학적인 최적운전조건을 도출하였다. 도출된 반응표면모델의 적합성을 검증한 결과 각 모델의 p Value가 0.05 이하로서 유의성이 매우 높게 나타났으며, 결정계수($R^2$)는 각각 0.9788, 0.9710 이었다. 그리고 이산화탄소/메탄분리공정에서 메탄농도에 대해 운전압력이 가장 크게 영향을 미치고 다음으로 바이오메탄 생산량, PSA 회전밸브 속도의 순이다. 메탄회수율에 대해서는 PSA 회전밸브 속도가 가장 크게 영향을 미치고 있으며, 바이오메탄 생산량, 운전압력의 순으로 나타났다. 액체바이오 메탄 생산량이 $100Nm^3/hr$일 때의 최적 운전조건을 도출한 결과, 운전압력이 8.0bar 그리고 PSA 회전 밸브 속도가 31.55RPM일 때 바이오메탄의 메탄농도와 메탄회수율을 최대화할 수 있었고, 이때의 바이오메탄의 메탄농도는 97.13%이고, 메탄회수율은 75.89%이었다.

• 한국토양비료학회지
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• 제44권6호
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• pp.1252-1257
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• 2011

본 연구는 안성시 관내에서 발생하는 농산부산물 바이오매스 중 오이, 토마토, 파프리카 작물 잔사를 수거하여 실험에 공시하고 각 부산물의 발생특성과 메탄 생산 퍼텐셜을 조사 분석하였다. 농산부산물의 에너지 자원화 기준으로는 메탄생산량을 설정하고, 부산물별 메탄 퍼텐셜을 시험하였으며 측정된 메탄 퍼텐셜을 기초자료로 활용하여 단위면적당 바이오매스 발생량, 바이오가스 생산량 및 비료가치를 조사 분석하였다. 실험적 메탄 퍼텐셜은 농산부산물별로 $0.170{\sim}0.354Nm^3\;kg^{-1}\;VS_{added}$의 값을 보였으며, 그중 파프리카 열매가 가장 높은 메탄 생산 퍼텐셜을 보였으며, 오이 줄기가 가장 낮은 메탄 생산 퍼텐셜을 보였다. 시설 원예에서 기인하는 바이오매스별 메탄생산량은 줄기 부위가 잎이나 열매 부위 보다 낮은 값을 나타내는 경향을 보였다. 시설 재배지의 단위면적당 바이오매스 발생량은 오이 30.5 > 토마토 28.3 > 파프리카 $21.5Mg\;ha^{-1}$순 이었으며, 단위면적당 메탄생산량은 오이 782.5 > 파프리카 686.8 > 토마토 $645.0Nm^3\;ha^{-1}$순 이었다.

• 한국가스학회지
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• 제21권4호
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• pp.76-83
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• 2017

국내의 늘어나는 천연가스의 수요를 충족시키면서 지구온난화에 대한 대안으로 바이오가스를 도시가스로 활용하는 방안이 자연스럽게 주목받고 있다. 도시가스사업법의 개정을 통해 바이오가스의 생산 및 공급의 제도적인 기반을 구축했지만, 바이오가스내의 불순물을 제거하고 이산화탄소를 분리하여 고순도의 메탄을 제조하는 국내 기술이 부족하여 실질적인 활용이 어려운 상황이다. 따라서 본 연구에서는 고순도의 바이오메탄 농축을 위하여 멤브레인(Membrane)법, 물흡수법(Water absorption), 화학흡수법(Chemical absorption), 흡착법 4가지의 공법을 적용하여 각 시스템별 운전시나리오를 작성하고 비교하여 최적공법을 도출하였으며, 시스템별 케이스 연구를 통해 최적의 시스템을 구축할 수 있었다. 이를 이용하여 순도 97%이상의 바이오메탄을 생산하여 도시가스로 이용하기에 충분하였으며, 회수율이 98%를 넘어 그간 경제성이 없어 버려지던 소량의 바이오 가스도 회수하여 활용 할 수 있게 되었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제40권3호
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• pp.282-285
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• 2012

본 연구는 혐기성 소화조에서 바이오 가스 생산을 위한 바이오매스 자원으로서 Chlorella vulagaris와 Dunaliella salina의 이용능력을 확인하였다. 세포벽의 구조에 따라 전처리 후 용해성 물질의 수율이 영향을 받았는데, 이는 D. salina가 바이오 가스 생산 측면에서 C. vulgaris보다 좋은 후보라는 것을 보여준다. 혐기성 소화조에서 얻은 접종원으로부터 전처리하거나 전처리하지 않은 D. salina를 기질로서 메탄가스를 생산하는데 이용하였을 때 메탄 수율 측면에서 큰 차이가 없었다. 그러므로 D. salina는 높은 바이오매스 생산성, 단순한 전처리 필요성, 쉬운 바이오 가스전환 때문에 바이오 가스 생산을 위한 적합한 해조류 바이오매스이다.