• 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.

• 유기물자원화
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• 제18권1호
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• pp.81-88
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• 2010

음식폐기물의 혐기성 발효시 열적 전처리의 최적 조건을 도출하기 위하여 수소 발생 특성을 평가하였다. 음식폐기물의 열적 전처리의 경우 용해성 화학적 산소요구량(SCOD)과 탄수화물 함량을 증가시켜 수소 수율을 향상시키는 것으로 나타났다. 실험결과 SCOD와 탄수화물을 기준으로 한 최대 가용화 효율은 각각 55.1%와 223.6%로 나타났다. 반응시간에 따라 전처리 효과는 증가하는 경향을 보였으나 20분간 1시간 비교시 약 7%의 차이를 보여 20분 이상의 반응시간의 증가는 크지 않은 것으로 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제11권3호
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• pp.87-95
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• 2003

그동안 유기성폐수에 대해서는 다양한 연구가 시도되었지만, 유기성고형폐기물에 대해서는 보도된 바가 없다. 그러므로 본 연구는 열처리된(heat-shocked) 혐기성슬러지를 식종한 침출상(leaching-bed) 반응조에서 다양한 희석율(dilution rate; D)에 대하여 음식물쓰레기로부터의 수소생산 효율을 살펴보았다. 반응조의 성공적인 운전은 적절한 희석율의 선택에 달려있는데, 높은 희석율에서는 미생물의 유실이 발생하는 반면 낮은 희석율에서는 유기산의 축적으로 product inhibition이 발생한다. 따라서 이러한 요인들이 높은 효율의 수소생산을 제한하게 된다. 모든 반응조들은 희석율에 관계없이 다음과 같은 경향을 보여주었다. 운전 초기 3일 동안, 수소생산이 활발하였으며 유기산의 농도가 에탄올보다 높게 유지되었다. 유기산 중에는 락트산이 초기 잠깐동안 높은 값을 유지했을지라도, 전체 운전기간 내내 뷰틸산과 초산이 유기산의 주요성분이었다. 다른 희석율에 비해 희석율 $4.5d^{-1}$는 발효가 진행되는 동안 가장 높은 뷰틸산/초산 (B/A) 비율을 보여주었는데, B/A 값의 경향은 수소생산의 경향과 매우 유사하여 뷰틸산의 형성이 수소생산에 매우 호의적임을 나타내준다. 에탄올은 수소생산이 멈춘 4일째부터 크게 증가하였는데, 이것은 열처리된 슬러지가 대사흐름을 수소 및 유기산생성경로(hydrogen-and acid-producing pathway)에서 알콜 생성경로(alcohol-producing pathway)로 전환시킬 수 있음을 보여준다. 희석율 $4.5d^{-1}$의 COD 제거효율은 58%로 다른 희석율(2.1, 3.6 및 $5.5d^{-1}$)의 제거율(51.5, 55.3 및 53.7%)보다 높았으며, 이때 제거된 COD는 수소(10.1%), 유기산(30.9%), 에탄올(17.0%)로 전환이 되었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.451-457
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• 2011

Purple non-sulfur (PNS) bacterium $Rhodobacter$ $sphaeroides$ KD131 was studied with the aim of achieving maximum hydrogen production using various carbon and nitrogen sources at different pH conditions. Cells grew well and produced hydrogen using $(NH_4){_2}SO_4$ or glutamate as a nitrogen source in combination with a carbon substrate, succinate or malate. During 48h of photo-heterotrophic fermentation under 110$W/m^2$ illumination using a halogen lamp at $30^{\circ}C$, 67% of 30mM succinate added was degraded and the hydrogen yield was estimated as 3.29mol $H^2$/mol-succinate. However, less than 30% of formate was consumed and hydrogen was not produced due to a lack of genes coding for the formate-hydrogen lyase complex of strain KD131. Initial cell concentrations of more than 0.6g dry cell weight/L-culture broth were not favorable for hydrogen evolution by cell aggregation, thus leading to substrate and light unavailability. In a modified Sistrom's medium containing 30mM succinate with a carbon to nitrogen ratio of 12.85 (w/w), glutamate produced 1.40-fold more hydrogen compared to ammonium sulfate during the first 48h. However, ammonium sulfate was 1.78-fold more effective for extended cultivation of 96h. An initial pH range from 6.0 to 9.0 influenced cell growth and hydrogen production, and maintenance of pH 7.5 during photofermentation led to the increased hydrogen yield.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 제17회 워크샵 및 추계학술대회
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• pp.631-633
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• 2005

For biohydrogen production, hydrogenase is a key enzyme. In the present work we performed search of [NiFe]-hydrogenases from hydrogen producing microorganisms using degenerate polymerase chain reaction (PCR) strategy. Degenerate primers were designed from the conserved region of [NiFe]-hydrogenase group I especially on structural genes encoding for catalytic subunit of [NiFe]-hydrogenase from bacteria producing hydrogen. Most of [NiFe]-hydrogenase (group I) are expressed via complex mechanism with aid of auxiliary protein and localized through twin-arginine translocation pathway. [NiFe]-hydrogenase is composed of large and small subunits for catalytic activity. It is known that only small subunit has signal peptide for periplasmic localization and large & small subunitscome together before localization. During this process, large subunit is treated by endopeptidase for maturation. Based on these information we used signal peptide sequence and C-terminal of large subunit by recognized by endopeptidase as templates for degenerate primers. About 2,900 bp of PCR products were successfully amplified using the designed degenerate primers from genomic DNAs of several microorganisms. The amplified PCR products were inserted into T-vector and then sequenced to confirm.

• 청정기술
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• 제17권3호
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• pp.280-282
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• 2011

광에너지를 이용하여 바이오원료 및 바이오케미컬을 생산하려는 새로운 시도가 많은 관심을 받고 있다. 특히, 광합성기작을 이용한 다양한 바이오유래 물질을 생산하려는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 광합성기작을 갖고 있는 해양 미생물인 Salinibacter ruber의 세포막에서 retinal과 salinixanthin의 작용으로 광전자를 흡수하는 역할을 하는 잔토로돕신을 수성 이상계 계면 농축법을 이용하여 효율적으로 분리하였다. 분리된 잔토로돕신을 생물학적 세포막인 레시틴으로 리포좀을 생성하여 잔토로돕신의 광전자흡수 활성을 그대로 갖는 인위적인 잔토로돕신-레시틴 리포좀을 제작하였다.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.401-407
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• 2005

본 연구는 C. beijerinckii KCTC 1785의 배양배지(RCM)에서 수소생산을 위한 최적화 조건을 탐색하고 수소생산을 위한 배지성분을 최적화하였다. 수소생산을 위한 최적 초기 pH와 발효온도는 각각 7.0과 $35^{\circ}C$이었고, 교반은 수소생산을 가속화 시켰다. C. beijerinckii KCTC 1785는 6%(w/v)의 glucose 농도까지 성장할 수 있지만 4%의 glucose 농도에서 가장 많은 수소를 생산하였으며, 이 때 바이오가스 중 수소 함량은 37%(v/v)이었다. 그러나 배지내 잔여 glucose 양을 고려할 때 수소생산을 위한 최적 glucose 농도는 1%이었다. 발효가 진행되는 동안 수소가 생산됨과 동시에 acetic acid와 butyric acid가 동시에 생성되었으며, acetic acid와 butyric acid가 각각 5,000 mg/L과 3,000 mg/L 이상의 농도에서 수소생산을 저해하였다. 또한 발효조의 pH를 5.5로 계속 유지하였을 경우 15시간 동안 0.5% glucose로부터 1,728 mL의 수소를 생산하였으며 이 때 수소의 생산수율은 1.23 mol $H_2/mol$ glucose이었다. C. beijerinckii KCTC 1785의 성장에 있어서 yeast extract 또는 tryptose는 반드시 필요한 배지의 성분이었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.333-339
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• 2011

In the present work, it was attempted to produce $H_2$ from food waste by the two-stage fermentation system. Food waste was acidified to lactate by using indigenous lactic acid bacteria under mesophilic condition, and the lactate fermentation effluent (LFE) was subsequently converted to $H_2$ by photo-fermentation. $Rhodobacter$ $sphaeroides$ KD131 was used as the photo-fermenting bacteria. The optimal conditions for lactate fermentation were found to be pH of 5.5 and substrate concentration of 30 g Carbo. COD/L, under which yielded 1.6 mol lactate/mol glucose. By filtering the LFE and adding trace metal, $H_2$ production increased by more than three times compared to using raw LFE, and finally reached the $H_2$ yield of 3.6 mol $H_2$/mol lactate. Via the developed two-stage fermentation system $H_2$ yield of 5.8 mol $H_2$/mol glucose was achieved from food waste, whose value was the highest that ever recorded.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제42권1호
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• pp.41-50
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• 2014

수소생산 유효세균을 유지하기 위해 열처리한 혐기소화슬러지를 접종원으로 하여 PVA 담체를 활용한 고정화와 비고정화 방법에 의한 수소생산능 및 세균 군집을 비교분석 하였다. 고정화에 의한 수소생산성은 비고정화 방법과 비교하여 수소생산성에 영향을 미치지 않았다. 그러나 고정화 방법은 유기물 분해결과 발생하는 유기산 축적 및 pH 강하 등의 환경변화에 있어 세균의 성장과 활성에 안정적 환경을 제공할 수 있는 가능성을 나타내었다. DGGE 분석에 의한 세균군집분석에서는 비고정화와 고정화 반응조간에 형성된 세균군집이 차이가 있는 것으로 나타났으며, 상대적으로 고정화 반응조내의 유효 수소생산 세균 군집이 좀 더 안정적으로 유지되는 것으로 확인되었다. Droplet digital PCR에 의한 6종의 유효한 수소생산 세균 절대정량 분석결과, encapsulation에 관계없이 두 반응기에서의 우점세균수는 유사하였다. Firmicutes, Clostridium, Enterobacter, Ruminococcus 및 Escherichia가 $1{\times}10^5-1{\times}10^6$ copy number of ml-sample 수준에서 존재하였다.

• 한국환경농학회지
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• 제28권4호
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• pp.378-385
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• 2009

Arsenic (As) is known to be very toxic and carcinogenic to human beings. Arsenic contaminated soil was collected from a timber mill site at Busan Metropolitan City, Korea, where chromated copper arsenate (CCA) had been used to protect wood from rotting caused by insects and microbial agents. The soil was stabilized using both natural oyster shells (NOS) and calcinated oyster shells (POS). The calcination of natural oyster shells was accomplished at a high temperature in order to activate quicklime from calcite. Two different oyster shell particle sizes (-#10 mesh and -#20 mesh) and curing periods of up to 28 days were investigated. The stabilization effectiveness was evaluated based on the Korean Standard Test (KST) method (1N HCl extraction). The stabilization results showed that the POS treatment was more effective than the NOS treatment at immobilizing the As in the contaminated soils. A significant As reduction (96%) was attained upon a POS treatment at 20 wt% and passed the Korean warning standard of 20 mg/kg ('Na' area). However, an As reduction of only 47% (169 mg/kg) was achieved upon a NOS treatment at 20 wt%. The -#20 mesh oyster shells seem to perform better than the -#10 materials. The scanning electron microscopy (SEM)-energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) results showed that As immobilization was strongly associated with Ca and O in the presence of Al and Si.