Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.27
no.2_1
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pp.269-276
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2024
Many countries across the world are making efforts beyond reducing CO2 levels and declaring 'net zero,' which aims to cut greenhouse gas emissions to zero by not emitting any carbon or capturing carbon, by 2050. Hydrogen is considered a key energy source to achieve carbon neutrality goals. Korean companies are also interested in building overseas green ammonia production plants and importing hydrogen into Korea in the form of ammonia. Green hydrogen production uses renewable energy sources such as solar and wind power, but the variability of power production poses challenges in plant design. Therefore, optimization of the configuration of a green ammonia production plant using renewable energy is expected to contribute as basic information for securing the economic feasibility of green ammonia production.
Fermentation of food waste in the presence of different concentrations of salt ($Na^+$) and ammonia was conducted to investigate the interrelation of $Na^+$ and ammonia content in bio-hydrogen production. Analysis of the experimental results showed that peak hydrogen production differed according to the ammonia and $Na^+$ concentration. The peak hydrogen production levels achieved were (97.60, 91.94, and 49.31) ml/g COD at (291.41, 768.75, and 1,037.89) mg-N/L of ammonia and (600, 1,000, and 4,000) $mg-Na^+/L$ of salt concentration, respectively. At peak hydrogen production, the ammonia concentration increased along with increasing salt concentration in the medium. This means that for peak hydrogen production, the C/N ratio decreased with increasing salt content in the medium. The butyrate/acetate (B/A) ratio was higher in proportion to the bio-hydrogen production (r-square: 0.71, p-value: 0.0006). Different concentrations of $Na^+$ and ammonia in the medium also produced diverse microbial communities. Klebsiella sp., Enterobacter sp., and Clostridium sp. were predominant with high bio-hydrogen production, while Lactococcus sp. was found with low bio-hydrogen production.
The effects of daily dietary Bacillus subtilis (Bs), and adding L-tryptophan, fructan, or casein to fecal fermentation broths were investigated as means to reduce the production of noxious gas during manure fermentation caused by ammonia, hydrogen sulfide ($H_2S$), and 3-methylindole (skatole). Eighty swine ($50.0{\pm}0.5kg$) were equally apportioned to an experimental group given Bs in daily feed, or a control group without Bs. After 6 weeks, fresh manure was collected from both groups for fermentation studies using a $3{\times}3$ orthogonal array, in which tryptophan, casein, and fructan were added at various concentrations. After fermentation, the ammonia, $H_2S$, L-tryptophan, skatole, and microflora were measured. In both groups, L-tryptophan was the principle additive increasing skatole production, with significant correlation (r = 0.9992). L-tryptophan had no effect on the production of ammonia, $H_2S$, or skatole in animals fed Bs. In both groups, fructan was the principle additive that reduced $H_2S$ production (r = 0.9981). Fructan and Bs significantly interacted in $H_2S$ production (p = 0.014). Casein was the principle additive affecting the concentration of ammonia, only in the control group. Casein and Bs significantly interacted in ammonia production (p = 0.039). The predominant bacteria were Bacillus spp. CWBI B1434 (26%) in the control group, and Streptococcus alactolyticus AF201899 (36%) in the experimental group. In summary, daily dietary Bs reduced ammonia production during fecal fermentation. Lessening L-tryptophan and increasing fructan in the fermentation broth reduced skatole and $H_2S$.
In this study, the inhibition of ammonia on anaerobic digestion of butyric acid was evaluated and the potential alleviating effects of such ammonia inhibition by the addition of magnetite particles were investigated. Independent anaerobic batch tests fed with butyric acid as a sole organic source were conducted in twenty 60-mL glass bottles with 10 different treatment conditions, comprising ammonia: 0.5, 2.0, 4.0, 6.0, and 7.0 g total ammonia nitrogen (TAN)/L and magnetite particles: 0 mM and 20 mM. The increase in ammonia concentration did not cause significant inhibition on methane yield; however, a significant inhibition on lag time and specific methane production rate was observed. The IC50 in the control treatments (without magnetite addition) was estimated as 6.2654 g TAN/L. A similar inhibition trend was observed in magnetite-added treatments; however, the inhibition effect by ammonia was significantly alleviated in lag time and specific methane production rate when compared to those in the control treatments. The lag time was shortened by 1.6-46.3%, specific methane production rate was improved by 6.0-69.0%. In the magnetite-added treatments, IC50 was estimated as 8.5361 g TAN/L. This study successfully demonstrated the potential of magnetite particles as an enhancer in anaerobic digestion of butyric acid under conditions of ammonia stress.
Zhao, Jian Feng;Liang, Yi Fan;Liang, Qian Chaos;Li, Meng Jie;Hu, Jin Yi
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.13
no.1
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pp.63-70
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2022
Compared with hydrogen, ammonia has the advantages of high gravimetric hydrogen densities (17.8 wt.%), ease of storage and transportation as a chemical hydrogen storage medium, while its application in small-scale on-site hydrogen production scenarios is limited by the need for complex separation equipment during high purity hydrogen production. Therefore, the study of PEMFC, which can directly utilize ammonia decomposition gas, can greatly expand the application of fuel cells. In this paper, the output characteristics, fuel efficiency and the variation trend of hydrogen concentration and local current density in the anode channel of fuel cell with the output voltage of PEMFC fueled by ammonia decomposition gas were studied by experiment and simulation. The results indicate that the maximum output power of the hybrid fuel decreases by 9.6% compared with that of the pure hydrogen fuel at the same inlet hydrogen equivalent. When the molar concentration of hydrogen in the anode channel is less than 0.12, the output characteristics of PEMFC will be seriously affected. Employing ammonia decomposition gas as fuel, the efficiency corresponding to the maximum output power of PEMFC is approximately 47%, which is 10% lower than the maximum efficiency of pure hydrogen.
This study was conducted to examine the performance of poultry production and ammonia emissions from poultry litter when the mealworm (Tenebrio molitor L.) powder was fed to broilers and ducks. In Experiment 1, a total of 180 1-day-old broilers (Arbor acres) were allocated to two treatments with three replicates in a completely randomized design. In Experiment 2, ducks were used in the same method as in Experiment 1. The dietary treatments were as follows: basal diets as control and basal diets with 1.5% Tenebrio molitor L. powder as T1. In Experiment 1, broiler production was not affected by the addition of mealworm powder (p>0.05). Ammonia from broiler litter was observed significantly different in the two treatments at 4 and 5 weeks (p<0.05); however, in other weeks ammonia measured did not show significance different (p>0.05). In Experiment 2, feeding of mealworm powder had no statistical significance on duck productivity (p>0.05). Ammonia emissions from duck litter were not statistically significant in the two treatments at 2 to 5 weeks (p>0.05); however, there was a difference at 6 weeks (p<0.05). Therefore, the addition of mealworm powder to broiler and duck diets did not only improved weight gain and feed efficiency, but also effectively reduced ammonia in poultry litter.
Livestock industry requires alternatives of antibiotics to prevent environmental pollution and to maintain public health. We herein report on an effective method to reduce ammonia from livestock manure, and confirmed environmentally-friendly livestock production by adding three types of yeast probiotics, Pichia farinosa SKM-1, Pichia anomala SKM-T, and Galactomyces geotrichum SJM-59, into the feed stuff, separately and/or mixed, and these three types of yeasts were administered to the Hy-line brown layers for 8 weeks. Compared with control, the laying performance, the egg quality, and the number of intestinal lactic acid producing bacteria of the treated group were improved and/or increased significantly. Pichia anomala SKM-T potently reduced ammonia production from poultry manure, and the other strains were also able to reduce the ammonia from it. The optimum condition for the reduction of ammonia with Pichia farinosa SKM-1, Pichia anomala SKM-T, and Galactomyces geotrichum SJM-59 was obtained by using the augmented centroid-simplex design. The ratio of optimum condition was Pichia farinosa SKM-1:Pichia anomala SKM-T:Galactomyces geotrichum SJM-59=0.295:0.209:0.080, and the estimate was -123.36 (p=0.0l38). An ability to reduce the ammonia production from livestock manure was maintained at $30^{\circ}C$ for 15 weeks.
Yoo, Hah-Young;Kim, Sung Bong;Lee, Sang Jun;Lee, Ja Hyun;Suh, Young Joon;Kim, Seung Wook
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2011.11a
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pp.114.1-114.1
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2011
Bioenergy production from lignocellulosic biomass and agriculture wastes have been attracted because of its sustainable and non-edible source. Especially, canola is considered as one of the best feedstock for renewable fuel production. Oil extracted canola and its agriculture residues are reuseable for bioethanol production. However, a pretreatment step is required before enzymatic hydrolysis to disrupt recalcitrant lignocellulosic matrix. To increase the sugar conversion, more efficient pretreatment process was necessary for removal of saccharification barriers such as lignin. Alkaline pretreatment makes the lignocellulose swollen through solvation and induces more porous structure for enzyme access. In our previous work, aqueous ammonia (1~20%) was utilized for alkaline reagent to increase the crystallinity of canola residues pretreatment. In this study, significant factors for efficient soaking in aqueous ammonia pretreatment on canola residues was optimized by using the response surface method (RSM). Based on the fundamental experiments, the real values of factors at the center (0) were determined as follows; $70^{\circ}C$ of temperature, 17.5% of ammonia concentration and 18 h of reaction time in the experiment design using central composition design (CCD). A statistical model predicted that the highest removal yield of lignin was 54% at the following optimized reaction conditions: $72.68^{\circ}C$ of temperature, 18.30% of ammonia concentration and 18.30 h of reaction time. Finally, maximum theoretical yields of soaking in aqueous ammonia pretreatment were 42.23% of glucose and 22.68% of xylose.
The reduction of nitrogen to produce ammonia has been attracting much attention as a renewable energy technology. Ammonia is the basis for many fertilizers and is also considered an energy carrier that can power internal combustion engines, diesel engines, gas turbines, and fuel cells. Traditionally, ammonia has been produced through the Haber-Bosch process, in which atmospheric nitrogen combines with hydrogen at high temperature ($350-550^{\circ}C$) and high pressure (150-300 bar). This process consumes 1-2% of current global energy production and relies on fossil fuels as an energy source. Reducing the energy input required for this process will reduce $CO_2$ emissions and the corresponding environmental impact. For this reason, developing electrochemical ammonia-production methods under ambient temperature and pressure conditions should significantly reduce the energy input required to produce ammonia. In this review, we introduce the electrochemical nitrogen reduction reaction at ambient condition. Numerical studies on the electrochemical nitrogen reduction mechanism have been carried out through the computation of density function theory. Electrodes such as nanowires and porous electrodes have been also actively studied for further participation in electrochemical reactions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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