바이오매스를 이용하여 수소 생산을 목적으로 가스화 반응기를 이용하여 라왕 톱밥의 수증기 개질을 이용한 가스화 연구를 수행하였다. 1 m의 높이와 10.2 cm의 내경을 갖는 고정층 반응기에서 촉매와 온도에 따른 가스화반응에 미치는 영향을 분석하였다. 가스화반응 중에 수증기개질효과를 위하여 일정량의 스팀을 주입하였다. 톱밥과 탄산칼륨($K_2CO_3$), 탄산나트륨($Na_2CO_3$), 탄산칼슘($CaCO_3$), 탄산나트륨+탄산칼륨, 탄산마그네슘+탄산칼슘 촉매를 8:2의 일정한 비율로 혼합한 후 고정층 가스화 반응기에 주입하여 $400{\sim}700^{\circ}C$의 온도에서 가스화반응에 따른 생성되는 기체의 조성을 기체 크로마토그래피를 이용하여 분석하였다. 촉매를 사용하였을 때 비촉매의 경우보다 수소, 메탄, 일산화탄소의 생성분율이 높게 나타났다. 온도의 증가에 따라 생성되는 수소, 메탄, 일산화탄소의 생성분율이 증가하였으며, $Na_2CO_3$ 촉매에서 가장 높은 수소수율을 나타났다.
The objective of the study was to quantify annual and seasonal differences in the chemical composition, in vitro gas production, in situ degradability and ruminal fermentation of grazing steers… diets. Diet samples were collected with four esophageal cannulated steers ($350{\pm}3$ kg BW); and four ruminally cannulated heifers ($342{\pm}1.5$ kg BW) were used to study the dry matter degradation and fermentation in rumen. Data were analyzed with repeated measurements split plot design. The crude protein, in vitro dry matter digestibility and metabolizable energy were higher during the first year of trial and in the summer (p<0.01). The values of calcium, phosphorus, magnesium, zinc and copper were higher in summer (p<0.05). The gas produced by the soluble and insoluble fractions, as well as the constant rate of gas production were greater in summer and fall (p<0.01). The ammonia nitrogen ($NH_3N$) and total volatile fatty acids concentrations in rumen, the soluble and degradable fractions, the constant rate of degradation and the effective degradability of DM and NDF were affected by year (p<0.05) and season (p<0.01). Our study provides new and useful knowledge for the formulation of protein, energetic and mineral supplements that grazing cattle need to improve their productive and reproductive performance.
Sheanut cake (SNC), expeller (SNE) and solvent extractions (SNSE) samples were evaluated to determine their suitability in animal feeding. The CP content was highest in SNSE (16.2%) followed by SNE (14.7%) and SNC (11.6%). However, metabolizable energy (ME, MJ/kg) was maximum in SNC (8.2) followed by SNE (7.9) and SNSE (7.0). The tannin phenol content was about 7.0 per cent and mostly in the form of hydrolyzable tannin (HT), whereas condensed tannin (CT) was less than one per cent. The in vitro gas production profiles indicated similar y max (maximum potential of gas production) among the 3 by-products. However, the rate of degradation (k) was maximum in SNC followed by SNE and SNSE. The $t^{1/2}$ (time taken for reaching half asymptote) was lowest in SNC (14.4 h) followed by SNE (18.7 h) and SNSE (21.9 h). The increment in the in vitro gas volume (ml/200 mg DM) with PEG (polyethylene glycol)-6000 (as a tannin binder) addition was 12.0 in SNC, 9.6 in SNE and 11.0 in SNSE, respectively. The highest ratio of $CH_4$ (ml) reduction per ml of the total gas, an indicator of the potential of tannin, was recorded in SNE (0.482) followed by SNC (0.301) and SNSE (0.261). There was significant (p<0.05) reduction in entodinia population and total protozoa population. Differential protozoa counts revealed that Entodinia populations increased to a greater extent than Holotricha when PEG was added. This is the first report on the antimethanogenic property of sheanut byproducts. It could be concluded that all the three forms of SN byproducts are medium source of protein and energy for ruminants. There is a great potential for SN by-products to be incorporated in ruminant feeding not only as a source of energy and protein, but also to protect the protein from rumen degradation and suppress enteric methanogenesis.
본 연구에서는 지오메카닉스모델을 이용한 가스하이드레이트 회수 생산 과정에서의 해리 발생 및 이에 따른 주변 퇴적층의 역학적 변형을 시뮬레이션 하였다. 지오메카닉스모델은 TOUGH+Hydrate와 FLAC3D 해석 코드를 순차적으로 반복해석하는 기법으로 감압법을 이용한 가스하이드레이트 회수 생산과정에서의 온도, 압력, 포화도 변화가 생산정 주변 퇴적층 내 유효응력, 강성 및 강도 변화에 미치는 영향을 고려할 수 있는 특징이 있다. 회수생산 방식에 따른 모델해석결과 비교를 통해, 감압법과 열자극법을 병행하는 경우 초기 생산량 증대를 가져올 수 있음을 보였다. 또한, 미고결 점토질 퇴적층에서의 회수생산 시 사암층에 비해 상대적으로 변형이 크게 발생함을 보였다.
방대한 저장량으로 차세대 에너지원으로 평가받는 메탄가스 하이드레이트는 생산과정에서 유발될 수 있는 문제를 최소화하고 최적의 생산조건을 선정하기 위한 하이드레이트 포함한 다공질 재료의 THM 현상에 대한 프로그램의 개발이 절실하다. 기존의 해석 프로그램들은 국제공동연구를 통하여 프로그램들간의 상호 비교검증을 진행하고 있으나, 예측값의 불일치와 수렴성에 문제가 있는 것으로 나타났다. 본 논문에서는 다공질 재료내 메탄 하이드레이트의 해리 현상을 해석할 수 있는 fully coupled THM 유한요소 프로그램을 개발하였다. Methane hydrate, soil, water, 및 methane gas의 질량보존의 법칙, 에너지 보존의 법칙, 그리고 힘평형 방정식으로부터 지배방정식을 유도하였다. 다양한 주변수들의 조합을 통하여 주변수를 변위, 가스 포화도, 유체압, 온도, 하이드레이트 포화도로 선택하였으며, 상변화 전영역에서 해석이 가능하도록 하였다. 하이드레이트의 해리를 예측하는 모델은 kinetic model을 이용하였다. 개발된 THM 유한요소 프로그램을 이용하여 메탄가스 생산에 관한 Masuda의 실내 모형실험 결과와 비교적 분석을 수행하였으며, 해의 수렴성과 안정성을 확인할 수 있었다.
In order to develop a high cellulolytic direct-fed microorganism (DFM) for ruminant productivity improvement, this study isolated cellulolytic bacteria from the rumen of Holstein dairy cows, and compared their cellulolytic abilities via DM degradability, gas production and cellulolytic enzyme activities. Twenty six bacteria were isolated from colonies grown in Dehority's artificial (DA) medium with 2% agar and cultured in DA medium containing filter paper at $39^{\circ}C$ for 24h. 16s rDNA gene sequencing of four strains from isolated bacteria showed that H8, H20 and H25 strains identified as Ruminococcus flavefaciens, and H23 strain identified as Fibrobacter succinogenes. H20 strain had higher degradability of filter paper compared with others during the incubation. H8 (R. flavefaciens), H20 (R. flavefaciens), H23 (F. succinogenes), H25 (R. flavefaciens) and RF (R. flavefaciens sijpesteijn, ATCC 19208) were cultured in DA medium with filter paper as a single carbon source for 0, 1, 2, 3, 4 and 6 days without shaking at $39^{\circ}C$, respectively. Dry matter degradability rates of H20, H23 and H25 were relatively higher than those of H8 and RF since 2 d incubation. The cumulative gas production of isolated cellulolytic bacteria increased with incubation time. At every incubation time, the gas production was highest in H20 strain. The activities of carboxymethylcellulase (CMCase) and Avicelase in the culture supernatant were significantly higher in H20 strain compared with others at every incubation time (p<0.05). Therefore, although further researches are required, the present results suggest that H20 strain could be a candidate of DFM in animal feed due to high cellulolytic ability.
본 연구에서는 데이터 마이닝 기법을 사용하여 혐기성 소화조의 효율을 나타내는 지표인 소화가스 발생량 예측 모델 개발을 통해 운영자에게 효율적인 소화조 운영방안을 제시하고자 하였다. 그 결과 오차율 10% 이내의 인공신경망을 적용한 소화가스 발생량 예측 모델을 개발 하였으며, 모델 개발에 사용된 변수를 제시함으로써 소화조 운영에 도움이 될 것으로 사료된다. 한편 탈수 케이크 관리 기법을 개발하는데 사례기반추론(Case based reasoning)의 개념을 적용하였다. 사례기반추론은 새로운 문제가 발생했을 경우 과거의 사례와 가장 유사한 사례를 활용하여 문제를 해결에 활용하는 방법으로, 본 연구에서는 슬러지 처리 공정에 사례기반추론개념을 적용시켜 과거의 운전 data를 통해 최소의 운전변경으로 탈수 케이크 감량화를 제시하는 관리방안을 개발하였다.
본 연구에서는 유기성 폐기물로부터 생산되는 바이오가스를 이산화탄소 제거 없이 직접 이용하여 바이오가스 전처리 및 정제 공정 비용을 절감하여 수소를 생산하는 공정의 모델을 구축하고 열교환망 최적화를 통해 공정비용 최소화, 수소 생산량 및 최종 배가스 온도 최대화를 목표로 공정 모사를 진행하였다. 공정 최적화 결과 열교환기 개수 제한조건을 충족하면서 최종 배가스 온도를 최대화하는 공정모델이 가장 효율적임을 확인하였다. 본 연구의 결과는 바이오가스 직접 이용 수소 생산 공정의 상용개념설계에 활용되어 바이오가스의 청정수소 에너지 전환기술 확대에 기여 가능할 것으로 판단된다.
$TiO_2$ is a promising material for gas sensors. To achieve high sensitivities, the material should exhibit a large surface-to-volume ratio and possess the high accessibility of the gas molecules to the surface. Accordingly, a wide variety of porous $TiO_2$ nanomaterials synthesized by wet-chemical methods have been reported for gas sensor applications. Nonetheless, achieving the large-area uniformity and comparability with well-established semiconductor production processes of the methods is still challenging. An alternative method is soft-templating which utilizes nanostructured inorganic or organic materials as sacrificial templates for the preparation of porous materials. Fabrication of macroporous $TiO_2$ films and hollow $TiO_2$ tubes by soft-templating and their gas sensing applications have been reported recently. In these porous materials composed of assemblies of individual micro/nanostructures, the form of links or necks between individual micro/nanostructures is a critical factor to determine gas sensing properties of the material. However, a systematic study to clarify the role of links between individual micro/nanostructures in gas sensing properties of a porous metal oxide matrix is thoroughly lacking. In this work, we have demonstrated a fabrication method to prepare highly-ordered, embossed $TiO_2$ films composed of anatase $TiO_2$ hollow hemispheres via soft-templating using polystyrene beads. The form of links between hollow hemispheres could be controlled by $O_2$ plasma etching on the bead templates. This approach reveals the strong correlation of gas sensitivity with the form of the links. Our experimental results highlight that not only the surface-to-volume ratio of an ensemble material composed of individual micro/nanostructures but also the links between individual micro/nanostructures play a critical role in evaluating the sensing properties of the material. In addition to this general finding, the facileness, large-scale productivity, and compatability with semiconductor production process of the proposed fabrication method promise applications of the embossed $TiO_2$ films to high-quality sensors.
A gasification process with pre-combustion $CO_2$ capture process, which converts coal into environment-friendly synthetic gas, might be promising option for sustainable energy conversion. In the coal gasification for power generation, coal is converted into $H_2$, CO and $CO_2$. To reduce the cost of $CO_2$ capture and to maximize hydrogen production, the removal of CO and the additional production of hydrogen might be needed. In this study, a 2l/min water gas shift system for a coal gasifier has been studied. To control the concentration of major components such as $H_2$, CO, and $CO_2$, MFCs were used in experimental apparatus. The gas concentration in these experiments was equal with syngas concentration from dry coal gasifiers ($H_2$: 25-35, CO: 60-65, $CO_2$: 5-15 vol%). The operation conditions of the WGS system were $200-400^{\circ}C$, 1-10bar. Steam/Carbon ratios were between 2.0 and 5.0. The commercial catalysts were used in the high temperature shift reactor and the low temperature shift reactor. As steam/carbon ratio increased, the conversion (1-$CO_{out}/CO_{in}$) increased from 93% to 97% at the condition of CO: 65, $H_2$: 30, $CO_2$: 5%. However the conversion decreased with increasing of gas flow and temperature. The gas concentration from LTS was $H_2$: 54.7-60.0, $CO_2$: 38.8-44.9, CO: 0.3-1%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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