• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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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.

• Clean Technology
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• v.16 no.1
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• pp.51-58
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• 2010

Methane was produced from the anaerobic digestion of marine macro-algae. Elemental analysis was first performed to estimate the theoretical methane production of three macro-algae (Undaria pinnatifida, Laminaria japonica, Hizikia fusiformis). Three algae were found to contain C 34 ~ 36%, H 5%, O 37 ~ 43%, N 2 ~ 4%, S 0.4 ~ 0.7%, and ash 14~21%, and the theoretical methane content was in the range of 56 ~ 60%, which can produce 442 ~ 568 mL $CH_4$ per g of volatile solid (VS). Using the biological methane potential (BMP) test, we found that L. japonica resulted in the highest yield of methane (52%). Moreover, various operational conditions, such as algae amount, pH, salinity, particle size, and pre-treatment, were investigated in order to find an optimal condition of anaerobic digestion. At pH 8.0, the autoclaved L. japonica (5g VS/200 mL), when used without washing salt, produced 268.5 mL/g VS which is 65% of the theoretical methane productions. Furthermore, using a CSTR (with the working volume of 7 L out of the total volume of 10 L), we have successfully operated the reactor for 65 days and obtained maximum methane production rate of 1.4 L/day with purity of 70%.

• Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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• v.44 no.5
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• pp.903-915
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• 2011

Recently, anaerobic methane production of agricultural waste biomass has received increasing attention. Until now domestic BMP (Biochemical methane potential) studies concerned with agricultural waste biomass have concentrated on the several waste biomass such as livestock manure, food waste, and sewage sludge from WWTP (Waste water treatment plant). Especially, the lack of standardization study of BMP assay method has caused the confused comprehension and interpretation in the comparison of BMP results from various researchers. Germany and USA had established the standard methods, VDI 4630 and ASTM E2170-01, for the analysis of BMP and anaerobic organic degradation, respectively. In this review, BMP was defined in the aspect of organic material represented as COD (Chemical oxygen demand) and VS (Volatile solid), and the influence of several parameters on the methane potential of the feedstock was presented. In the investigation of domestic BMP case studies, BMP results of 18 biomass species generating from agriculture and agro-industry were presented. And BMP results of crop species reported from foreign case studies were presented according to the classification system of crops such as food crop, vegetables, oil seed and specialty crop, orchards, and fodder and energy crop. This review emphasizes the urgent need for characterizing the innumerable kind of biomass by their capability on methane production.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.17 no.1
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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.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.51 no.2
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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.

• Prospectives of Industrial Chemistry
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• v.19 no.2
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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.

• Journal of Energy Engineering
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• v.23 no.2
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• pp.62-73
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• 2014

This research was focused to apply response surface methodology for optimization of bio-methane production by biogas upgrading process. Methane concentration(Y1) and methane efficiency(Y2) on biogas upgrading process were mathematically described as being modeled by the use of the Box-Behnken design on response surface methodology. The results of ANOVA(analysis of variance) about models, the probability value of the methane concentration and methane recovery response surface model are 0.0001 and 0.0001, respectively and coefficient of determination($R^2$) are 0.9788 and 0.9710, respectively. The response surface model is proved of high reliability and suitability. The operation pressure had the greatest influence to methane concentration than other operation parameters and the PSA rotary valve velocity had the greatest influence to methane recovery than other operation parameters. Optimal condition of biogas upgrading process for production of $100Nm^3/hr$ bio-methane were operation pressure 8.0bar and outlet flow rate 31.55RPM, respectively. At that operation condition the methane concentration of bio-methane was 97.13% and methane recovery in biogas upgrading process was 75.89%.

• Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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• v.44 no.6
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• pp.1252-1257
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• 2011

Number of crop residues generated at large amount in agriculture can be utilized as substrate in methane production by anaerobic digestion. Greenhouse vegetable crop cultivation that adopting intensive agricultural system require the heating energy during winter season, meanwhile produce waste biomass source for the methane production. The purpose of this study was to investigate the methane production potential of greenhouse vegetable crop residues and to estimate material and energy yield in greenhouse system. Cucumber, tomato, and paprika as greenhouse vegetable crop were used in this study. Fallen fruit, leaf, and stem residues were collected at harvesting period from the farmhouses (Anseong, Gyeonggi, Korea) adopting an intensive greenhouse cultivation system. Also the amount of fallen vegetables and plant residues, and planting density of each vegetable crop were investigated. Chemical properties of vegetable waste biomass were determined, and theoretical methane potentials were calculated using Buswell's formula from the element analysis data. Also, BMP (Biochemical methane potential) assay was carried out for each vegetable waste biomass in mesophilic temperature ($38^{\circ}C$). Theoretical methane potential ($B_{th}$) and Ultimate methane potential ($B_u$) off stem, leaf, and fallen fruit in vegetable residues showed the range of $0.352{\sim}0.485Nm^3\;kg^{-1}VS_{added}$ and $0.136{\sim}0.354Nm^3\;kg^{-1}VS_{added}$ respectively. The biomass yields of residues of tomato, cucumber, and paprika were 28.3, 30.5, and $21.5Mg\;ha^{-1}$ respectively. The methane yields of tomato, cucumber, and paprika residues showed 645.0, 782.5, and $686.8Nm^3\;ha^{-1}$. Methane yield ($Nm^3\;ha^{-1}$) of crop residue may be highly influenced by biomass yield which is mainly affected by planting density.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.21 no.4
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• pp.76-83
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• 2017

Biogas, combine with ever-increasing natural gas demand, has been on the center stage in South Korea for the early part of twenty first century in an effort to reduce the emission of global warming gases. With the passage of legal system of City Gas Business Law in 2014, the biogas has its place of production and distribution to consumers. However, it has a room for its technological improvements in terms of enrichment, by separating carbon dioxide and removing impurities efficiently. For these improvements, four different methane enrichment processes were tested in this study; membrane separation, water absorption, Chemical Absorption and Adsorption. A variety of operation scenarios were applied to the processes and the best practices were drawn out. The optimum process was selected based on case study results. Methane produced in this study showed 97% purity and 98% recovery rate, which meets the requirements of the City Gas quality standards.

• Microbiology and Biotechnology Letters
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• v.40 no.3
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• pp.282-285
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• 2012

In this study, the ability of Chlorella vulgaris and Dunaliella salina to use biomass resources for anaerobic digestive biogas production was examined. The differences in cell wall structure pretreatments affecting the yield of soluble products showed that D. salina is a better candidate for biogas production than C. vulgaris. There was no significant difference between pretreated and non-pretreated D. salina in terms of methane production yield by inocula obtained from anaerobic digestion systems. Therefore, D. salina is a suitable algal biomass for biogas production due to its high biomass productivity, simple pretreatment needs, and easy conversion to biogas.