• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.315-323
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• 2005

The integrated or the two-stage (dark anaerobic and photosynthetic) fermentation processes were compared for the hydrogen production using purple non-sulfur photosynthetic bacteria, Rhodopseudomonas palustris P4. Cell growth, pH changes and organic acids and bacteriochlorophyll contents were monitored during the processes. Culture broth of Rps. palustris P4 exhibited dark-red during the photosynthetic culture condition, while yellow under the anaerobic condition without light. Rps. palustris P4 grown at the photosynthetic condition evolved 0.38 and 1.33 ml $H_2$/mg-dcw during the dark and the light fermentation, respectively, which were totally 1.71 ml $H_2$/mg-dcw at the two-stage fermentation. The rate of hydrogen production using Rps. palustris P4 grown under the dark anaerobic condition was 2.76 ml $H_2$/mg-dcw which consisted of 0.46 and 2.30 ml $H_2$/mg-dcw from the dark and the photosynthetic fermentation processes, respectively. Rps. palustris P4 grown under dark anaerobic conditions produced $H_2$ 1.6 times higher than that of grown under the photosynthetic condition. However, total fermentation period of the former was 1.5 times slower than that of the latter, because the induced time of hydrogen production during the photosynthetic fermentation was 96 and 24 hours when the seed culture was the dark anaerobic and photosynthetic, respectively. The integrated fermentation process by Rps. palustris P4 produced 0.52 ml $H_2$/mg-dcw(1.01 mol $H_2$/mol glucose), which was 20% of the two-stage fermentation.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.393-400
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• 2005

수소를 생산하는 미생물은 크게 광합성 세균(photosynthetic bacteria), 혐기성세균(non-photosynthetic anaerobic bacteria), 조류(algae) 등으로 구분되고, 이들의 수소 생성 기작, 사용가능기질 및 수소 발생량은 상당한 차이가 있다. 광합성세균은 Rhodospirillaceae, Chromatiaceae 및 Chlorobiaceae로 구분되며, 이는 각각 홍색비유황세균(purple non-sulfur bacteria), 홍색유황세균(purple sulfur bacteria), 녹색유황세균(green sulfur bacteria)으로 통칭된다. 혐기성 세균은 절대 또는 통성혐기세균중 일부가 수소생산에 관여하며, 조류는 녹조류(green algae)와 남조류(blue-green algae, cyanobacteria)가 알려져 있다. 생물학적 수소생산 기술은 (1) 녹조류(green algae)가 광합성 메카니즘에 의해 수소를 생산하는 직접 물 분해 수소생산(direct bio-photolysis) (2) 광합성 작용에 의해 물을 분해하여 산소를 발생하고, 동시에 공기 중 이산화탄소를 고정하여 고분자 저장물질로 균체 내에 저장한 후 혐기 발효 또는 광합성 발효에 의해 수소를 발생하는 간접 물 분해 수소생산(indirect bio-photolysis or two stage photolysis) (3) 빛이 존재하는 혐기상태 배양 조건에서 홍색 세균에 의한 광합성 발효(photo-fermentation) 또는 (4) 광이 존재하지 않는 조건에서 혐기 미생물에 의해 수소와 유기산을 내는 혐기 발효(dark anaerobic fermentation) (5) 균체 외(in virro) 수소 발생 (6) 일산화탄소 가스 전환 반응(microbial gas shift reaction)에 의한 수소 생산 기술로 구분할 수 있다. 물로부터 생물학적 기술에 의한 수소생산은 공기 중의 이산화탄소를 고정하고, 수소와 산소를 발생하는 원천기술로써 오래 전부터 미국, 유럽에서 태양에너지를 이용하는 광합성 미생물의 분리, 개선 및 반응기에 관한 연구가 축적되어 왔으며, 유기물 즉 바이오매스로부터 혐기 및 광합성 발효를 연속적으로 적용하는 기술은 비교적 최근에 일본을 비롯한 유기성 폐기물이 많은 국가에서 수소에너지 생산과 유기성 폐기물 처리라는 두 가지 목적에 부합하는 연구로써 활발히 진행되고 있다. 유기성 폐기물이나 폐수와 같은 수분함량이 높은 바이오매스는 대부분이 매립처리 되는 실정이지만 높은 수분 함량 때문에 매립 시 발생하는 침출수는 환경오염의 주범으로 가까운 장래에는 매립도 금지될 전망이다. 이와 같은 수소에너지 생산기술과 이용시스템 개발은 화석연료 사용을 최소화 할 수 있으며, 국내에서 다량 발생하는 유기성 폐기물을 이용한 에너지 생산으로 자원 강대국 입지에 설 수 있다. 미생물에 의한 수소생산 기술은 청정에너지 생산과 아울러, 동시에 산소 발생, 공기 중 이산화탄소 고정, 식품공장 폐수 및 음식쓰레기와 같은 유기성 폐기물 처리 등 환경에 이로운 방향으로 진행될 뿐만 아니라, 미생물 자체가 갖는 생물 산업성도 높아서 비타민류, 천연색소, 피부암 치료제등의 고부가가치 의약품 생산도 활성화할 수 있다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권1호
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• pp.16-22
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• 2006

생물학적 수소생산 공정은 다른 열화학적 공정이나 전기화학적 공정에 비하여 환경친화적이며 에너지를 덜 소모하는 공정이다. 생물학적 수소생산 공정은 크게 두 가지로 구별할 수 있는데, 광합성에 의한 수소생산과 혐기발효에 의한 수소생산이 그것이다. 광합성에 의한 수소생산 공정은 주로 물로부터 수소를 생산하고 동시에 공기 중의 이산화탄소도 저감하는 특징을 가지고 있으며, 혐기발효에 의한 수소생산 공정은 유기 탄소원을 섭취하는 박테리아에 의한 발효를 통해 이루어지는 공정이다. 본 논문에서는 생물학적 수소생산 공정에 대한 그간의 연구들에 대하여 살펴 보았다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2003년도 생물공학의 동향(XIII)
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• pp.422-427
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• 2003

Rhodopseudomonas palustris P4 can produce $H_2$ either from CO by water-gas shift reaction or from various sugars by anaerobic fermentation. Fermentative $H_2$ production by P4 is fast, but its yield is relatively low due to the formation of various organic acids. In order to increase $H_2$ production yield from glucose, P4 was investigated for the photo-fermentation of acetate which is a major by-product of fermentative $H_2$ production. Experiments were performed in batch modes using both light-grown and dark-grown cells. When the dark-grown P4 was challenged with light and acetate, $H_2$ was produced with the consumption of acetate after a lag period of 25 h. $H_2$ production was inhibited when a nitrogen source, especially ammonium, is present. When the dark-fermentation broth containing acetate was adopted for photo-fermentation with light-grown cells, $H_2$ production and concomitant acetate consumption occurred without a lag period. The $H_2$ yield was estimated as 2.4 - 2.8 mol $H_2/mol$ acetate and the specific $H_2$ production rate was as 9.8 ml $H_2/g$ cell${\cdot}$h, The fact that a single strain can perform both dark- and light-fermentation gives a great advantage in process development Compared to a one-step dark-fermentation, the combined dark- and light-fermentation can increase the $H_2$ production yield on glucose by two-fold.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.337-343
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• 2014

This study was conducted to evaluate the characteristics of dark fermentative $H_2$ production from microalgae (Chlorella vulgaris) using batch reactors under mesophilic (25, $35^{\circ}C$) and thermophilic (45, $55^{\circ}C$) conditions. The $H_2$ yield and $H_2$ production rate increased with increasing temperature. The maximum $H_2$ yield and $H_2$ production rate were 56.77 mL $H_2/g$ dcw, 3.33 mL $H_2/g\;dcw{\cdot}h$ at $55^{\circ}C$, respectively. The activation energy calculated using Arrhenius equation was 36.24 kcal/mol, which was higher than that of dark $H_2$ fermentation of glucose by anaerobic mixed culture. Although the concentration of butyrate was maintained, the concentrations of lactate and acetate increased with increasing temperature. The $H_2$ yield was linearly proportional to acetate/ butyrate ratio.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.145-155
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• 2008

This paper deals with an economic evaluation of hydrogen production by fermentation. We evaluate the economic feasibility of domestic hydrogen production by fermentation utilizing glucose and waste water sludge in terms of hydrogen production prices. In addition, we make some sensitivity analysis of hydrogen prices by changing the values of input factors such as the price of glucose, the capital cost of the hydrogen production system, and the hydrogen production yields. The estimated hydrogen prices of the two-step dark-light hydrogen production by fermentation utilizing glucose was $5,347won/kgH_2$, and the single-step hydrogen production by anaerobic fermentation utilizing waste water sludge was $4,255won/kgH_2$, respectively. It is expected that the hydrogen production price by anaerobic fermentation can be reduced if we produce methane or hydrogen utilizing by-products such as alcohols and organic acids, or the government imposes some legal regulations on the treatment of waste water sludge.

• 에너지공학
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• 제15권2호
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• pp.118-126
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• 2006

미생물을 이용하여 수소를 생산하는 기술은 광합성 작용에 의한 직간접 물분해, 광합성 발효, 혐기발효, 균체외 반응 등 여러 가지 기술이 있으며 본 논문에서는 이들의 적용되는 미생물과 수소생산 메커니즘을 중심으로 소개하였다. 동시에 본 기술들의 현재까지 개발된 사례를 선진국과 국내 현황을 중심으로 기술하였다. 생물학적으로 수소를 생산하는 기술은 1940년대 후반부터 실험실적인 연구가 시작되었으나, 1990년대 환경문제를 해결하기 위해서 전 세계적으로 연구가 다시 활성화되었으며, 이 글에서는 미국, 일본, 유럽연합 및 한국을 중심으로 국내외 연구현황을 소개하였다.

• 청정기술
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• 제19권2호
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• pp.148-155
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• 2013

본 연구에서는 거대 갈조류 대표종인 다시마(Saccharina japonica)로부터 물리화학적 전처리 방법, 미생물 접종비율, 다시마 추출물의 농도 및 pH 조건에 따른 휘발성 유기산(volatile fatty acids, VFAs) 생산 가능성 확인과 생산 효율을 평가하고자 하였다. 물리화학적 전처리 방법에 따른 휘발성 유기산의 최대 농도는 황산, 아임계수, 지질 추출 후 아임계수 전처리 순으로 나타났다. 황산 전처리 방법에서 미생물 접종비율(유효용적(WV)/미생물 부피(M) = 10~30), pH (6.0~7.0) 및 다시마 추출물의 농도(18.0~72.0 g/L)의 혐기성 발효 조건에 따른 휘발성 유기산 생성 농도에 미치는 영향을 확인한 결과, 발효 온도 $35^{\circ}C$, 미생물 접종비율 15, pH 7.0, 발효시간 372시간에서 다시마 추출물의 농도가 18.0, 36.0, 54.0, 72.0 g/L일 때, 휘발성 유기산의 최대 농도가 각각 9.8, 13.9, 18.6, 22.3 g/L로 확인되었다. 생산된 휘발성 유기산의 조성은 pH가 높을수록 아세트산과 프로피온산의 생산 비율이 높았으며, pH가 낮을수록 부티르산의 비율이 높게 확인되었다. 생산된 저농도의 휘발성 유기산은 농축 및 분리공정과 연계하여 향후 기초화학 원료와 바이오연료 등으로 사용될 수 있으므로, 기존 화석연료의 대체에너지 생산에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제15권8호
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• pp.1128-1133
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• 2002

The whole plant of crop maize was chopped and ensiled in airtight 1-L capacity glass jars to determine the influence of residual sugar on anaerobic yeast growth and on the fermentation of lactic acid by L. buchneri in whole crop maize silage. There were a total of six treatments used in this experiment as follow: added 25 g de-mineralised water per kg chopped maize serving as control (con), 37.5 g glucose solution containing 12.5 g glucose ($g_1$), 75 g glucose solution containing 25 g glucose ($g_2$), 25 g L. buchneri suspension intended for $10^6$ cfu $g^{-1}$ (L.b.), $g_1+L.b.$ and $g_2+L.b.$ All silos were stored in the dark at $20^{\circ}C$ until end of experiment. Jars were opened on duplicates at day 2, 7, 14, 28, 56 or triplicates at day 91 after ensiling for measuring the pH, microbiological enumeration and fermentative products. Results indicated that acidification rates for all silages were very fast, no difference occurred among treatments before day 28. After day 28 the pH values for silages inoculated by L. buchneri. with or without sugar tended to increase especially for treated only with L. buchneri, resulting in higher (p<0.01) finial pH than uninoculated silages. Compared with control silage, the added sugar significantly (p<0.01) increased dry matter (DM) loss, L. buchneri enhanced (p<0.01) DM loss further at different sugar existence. Silages inoculated by L. buchneri only or in combination with sugar addition contained less (p<0.01) lactic acid than the correspondent silages without inoculation with L. buchneri. In comparison with control, ethanol production is about 3 or 6 fold higher due to addition 12.5 or 25 g glucose per kg chopped maize at ensiling. The added sugar resulted in less acetic acid concentration (p<0.01) than control, but inoculation with L. buchneri increased (p<0.01) acetic acid than correspondent uninoculated silages at different sugar levels. No butyric acid and propionic acid were found in uninoculted silages, silages inoculated with L. buchneri. produced more propionic acid, 1-propanol and butyric acid. Lactobacilli counts were not influenced by added sugar, but increased (p<0.01) with inoculation of L. buchneri. The added sugar increased significantly (p<0.01) the yeast count, whereas L. buchneri showed the contrary effect. No differences were found in the aerobic stability among all treatments. In conclusions, 1) the added sugars encourage the growth of yeast and yeasts convert extra sugar into ethanol in maize silages. 2) The added sugars and L. buchneri do not influence the aerobic stability of silages stored in anaerobic silos.

• 식물병연구
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• 제10권4호
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• pp.285-289
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• 2004

진한 적색과 이상 발효 증상을 나타내는 피수박은 막대한 경제적 손실을 주고 있다. 본 연구는 피수박의 발생 원인을 밝히기 위하여 이상 발효와 내생 세균과의 연관성을 검토하였다. 수박의 내생 세균 밀도는 정상 수박의 경우 $2.2{\sim}37.0{\times}10^3$ cfu/g fw에 불과하였으나 피수박의 경우는 $1.26{\sim}1.75{\times}10^6$ cfu/g fw로 정상 수박에 비해 밀도가 매우 높았다. 피수박에서 분리한 56균주에서 17균주가 피수박을 유발하였다. 피수박과 관련이 있는 세균은 대부분이 Gram 음성으로 호기성인 Pseudomonas spp.와 혐기성 세균이었다. 따라서 피수박은 Gram 음성인 내생 세균의 증식에 의한 이상 발효가 원인이라고 추정된다.