• 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.

• Environmental Engineering Research
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• 제23권1호
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• pp.46-53
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• 2018

This study explores the environmentally innovative and low-impact technology, a zero food waste system (ZFWS) that utilizes food waste and converts it into composts or biofuels and curtails carbon emissions. The ZFWS not just achieves food waste reductions but recycles food waste into fertilizer. Based on a fermentation-extinction technique using bio wood chips, the ZFWS was employed in a field experiment of the system installed in a large-scale apartment complex, and the performance of the system was examined. The on-site ZFWS consisted of three primary parts: 1) a food waste slot into which food waste was injected; 2) a fermentation-extinction reactor where food waste was mixed with bio wood chips made up of complex enzyme and aseptic wood chips; and 3) deodorization equipment in which an ultraviolet and ozone photolysis method was employed. The field experiment showed that food waste injected into the ZFWS was reduced by 94%. Overall microbial activity of the food waste in the fermentation-extinction reactor was measured using adenosine tri-phosphate (ATP), and the degradation rate of organic compounds, referred to as volatile solids, increased with ATP concentration. The by-products generated from ZFWS comply with the national standard for organic fertilizer.

• 진공이야기
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• 제2권4호
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• pp.9-15
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• 2015

Nonthermal bio-compatible plasma (bioplasma) sources and their characteristics operating at atmospheric pressure could be used for biological cell interactions, especially for plasma bioscience and medicines. The electron temperatures and plasma densities of this bioplasma are measured to be 0.7 ~ 1.8 eV and $(3-5){\times}10^{14-15}cm^{-3}$, respectively. Herein, we introduced general schematic view of the plasma-initiated ultraviolet photolysis of water inside the biological solutions or living tissue for the essential generation mechanism of the reactive hydroxyl radical [OH] and hydrogen peroxide [$H_2O_2$], which may result in apoptotic cell death in plasma bioscience and medicines. Further, we surveyed the various nonthermal bioplasma sources including plasma jet, micro-DBD (dielectric barrier discharge) and nanosecond discharged plasma. The diseased biological protein, cancer, and mutated cells could be treated by these bioplasma sources or bioplasma activated water to result in their apoptosis for new paradigm of plasma bioscience and medicines.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제7권4호
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• pp.316-326
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• 2016

Development and discovery of efficient, cost-effective, and robust electrocatalysts are imperative for practical and widespread implementation of water electrolysis and fuel cell techniques in the anticipated hydrogen economy. The electrochemical reactions involved in water electrolysis, i.e., hydrogen and oxygen evolution reactions, are complex inner-sphere reactions with slow multi-electron transfer kinetics. To develop active electrocatalysts for water electrolysis, the physicochemical properties of the electrode surfaces in electrolyte solutions should be investigated and understood in detail. When electrocatalysis is conducted using nanoparticles with large surface areas and active surface states, analytical techniques with sub-nanometer resolution are required, along with material development. Scanning electrochemical microscopy (SECM) is an electrochemical technique for studying the surface reactions and properties of various types of electrodes using a very small tip electrode. Recently, the morphological and chemical characteristics of single nanoparticles and bio-enzymes for catalytic reactions were studied with nanometer resolution by combining SECM with atomic force microscopy (AFM). Herein, SECM techniques are briefly reviewed, including the AFM-SECM technique, to facilitate further development and discovery of highly active, cost-effective, and robust electrode materials for efficient electrolysis and photolysis.