본 연구는 파프리카 재배농가에서 과산화수소를 이용하여 여름철 고온극복에 관한 연구수행 결과이다. 고온기 과산화수소(순도 30%)를 0.3%로 희석하여 5일주기로 살포한 결과 파프리카의 엽이 두꺼워지고 기공저항 속도가 낮아 순조로운 증산작용이 가능하였다. 주당 착과수는 무처리에 비하여 약 2개가 많았다. 또한 과산화수소처리에 따라 엽내 과산화수소량이 증가하는 경향이었고, 항산화효소인 catalase와 peroxidase의 활력이 증가되었다. 여름철 파프리카 재배에서 가장 많이 발생하는 흰가루병 방제를 위하여 농약사용이 불가피한 상황이지만 생산물의 농약잔류 등으로 사용에 많은 제한이 있는 현 상황에서 과산화수소의 주기적인 이용으로 흰가루병을 방제할 수 있고 생산량도 높일 수 있어 금후 파프리카 재배농가의 많은 이용이 기대 된다.

This study was conducted to investigate the effect of hydrogen water on duck production in a field study. A total of 600 one-day-old ducks (Pekin) were randomly allotted to two treatment groups with three replicates each having 100 birds per pen in a completely randomized design. The duck production parameters measured included weight gain, feed intake, and feed efficiency. For duck drinking water, general water supplied from the farm was used as the control, and hydrogen water was supplied by installing a device that generates hydrogen (T1 groups). There was no statistical significance in duck weight gain between the two treatment groups (p>0.05). In addition, no significant difference in feed intake was found in both the control and T1 groups (p>0.05), and the range of values was similar. Feed efficiency was not significant different between the treatment groups (p>0.05), and there was no remarkable difference in the range of vaules. These results indicate that hydrogen water did not influence duck production.

상업적으로 HTS (High Temperature Shift reaction) 반응에서 사용되는 Fe2O3/Cr2O3 촉매는 사용 후 6가 크롬 (Cr6+)의 침출에 따른 환경적/인체적 문제를 일으킬 수 있는 잠재성을 가지고 있어 친환경 크롬-프리 촉매개발을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 크롬을 사용하지 않고 우수한 성능을 나타낼 수 있는 Fe/Al, Fe/Al/Cu, 그리고, Fe/Al/Ni 촉매를 제조하고 성능을 비교 평가하였다. 단계함침법으로 금속산화물(Cu와 Ni)과 알루미늄이 함유된 Fe계 촉매를 제조하고 촉매반응장치를 이용하여 각 촉매의 활성을 분석하였다. 그 결과 Fe/Al/Cu 촉매는 가혹한 조건(COconc. = 38.2%; 천연가스 대비 약 5.7 배 높은 CO 농도)에서도 탁월한 성능(XCO = 84.3% at 400 ℃)을 나타내었다. 이 결과는 Fe/Al/Cu 촉매의 강한 환원력과 활성종인 Fe3O4의 높은 열적 안정성에 기인한 것으로 확인되었다. 또한 강한 소결 저항성을 가진 Fe/Al/Cu 촉매는 400°C에서 100시간 동안 뚜렷한 비활성화를 보이지 않아 높은 안정성을 지닌 것으로 확인되었다.

본 연구에서는 폐자원 합성가스를 이용한 고온전이반응용 Ce가 첨가된 Cu/γ-Al2O3 촉매의 물리 화학적 특성을 비교 분석하였다. 합성방법에 따른 촉매의 특성을 비교하기 위해 활성물질의 담지 순서를 변경하여 Ce/Cu/γ-Al2O3, Ce-Cu/γ-Al2O3, Cu/Ce/γ-Al2O3, Cu/γ-Al2O3 촉매를 제조하였다. 제조된 촉매 중 Ce/Cu/γ-Al2O3 촉매가 가장 높은 활성도 및 안전성을 나타냈다. 제조된 촉매의 물리-화학적 특성은 XRD, H2-TPR, XPS, Raman, Photoluminescence 등으로 분석하였다. 그리고 CO 전환율에서도 CeO2로 첨가된 모든 Cu/γ-Al2O3 촉매는 Cu/γ-Al2O3보다 높은 CO 전환율을 보였다. 이 연구결과는 CeO2의 첨가가 고온전이반응에서 Cu/γ-Al2O3 촉매의 성능을 향상 시킨 것을 나타낸다. 또한, Ce/Cu/γ-Al2O3 촉매의 높은 촉매 활성은 주로 고농도 산소저장능 및 환원된 Cu종과 관련이 있음을 알 수 있었다.

본 연구에서는 폐기물가스화 후 생성되는 합성가스의 고순도 수소화를 위해 고온 수성가스전이반응(HT-WGS : High Temperature-Water Gas Shift) 반응용 특정 산화물(CeO2, ZrO2, TiO2 및 Al2O3)에 코발트를 담지한 촉매를 제조하고 그 산화환원특성을 비교 분석하였다. 특정 산화물에 Co를 함침법을 이용하여 담지하여 Co/CeO2, Co/ZrO2, Co/Al2O3, Co/TiO2 촉매를 각각 제조하였다. 제조된 Co 기반 촉매의 물리적 특성 분석은 BET 비표면적과 XRD 분석을 통해 수행하였고 CO 화학흡착과 H2-TPR 분석을 통해 산화환원 특성을 파악하고 동시에 물리-화학적 특성간의 상관관계를 해석하였다. H2-TPR 분석 및 CO 화학흡착 분석 결과, 코발트의 분산이 지지체 산화물의 환원성과 밀접한 상관관계를 가지고 있음을 알 수 있었다. 이 연구 결과는 Co/CeO2가 반응온도 350 ~ 550℃에서 활성 평가한 촉매 중에서 가장 우수한 활성을 나타내었다. 또한, Co/CeO2 촉매가 Co/ZrO2 및 Co/Al2O3 촉매보다 높은 촉매 활성 및 안정성을 나타내었다. Co/CeO2 촉매의 탁월한 활성 및 안정성은 지지체의 환원성과 높은 Co 금속의 분산에 기인하는 것으로 나타났다. 결과적으로 폐기물가스화로부터 생산된 합성가스를 고순도 수소로 전환하기 위한 HT-WGS 반응에서 Co/CeO2 촉매는 매우 유망한 촉매임을 알 수 있었다.

그래뉼은 중간 매개체의 도움 없이 미생물의 자가 고정화에 의해 형성된 미생물 응집체로 충격부하에 강하고, 높은 생물량 및 높은 침전성을 갖는 등 여러 장점을 바탕으로 폐수의 생물학적 처리 공정에 이용되고 있다. 그리고 낮은 강도의 초음파 조사를 이용하여 반응조 내 미생물의 활성도를 증가시켜 반응조 성능을 증대시키는 연구들이 보고되고 있다. 따라서, expanded granular sludge blanket (EGSB)를 이용한 선행연구를 통해, 저강도 초음파가 그래뉼 활성 및 수소발생에 미치는 긍정적인 영향을 확인하였다. 저강도 초음파(0.1 w/mL, 1 sec per 1 min) 처리로 수소 발생량이 65% 증가하였다. 본 연구에서는, 저강도 초음파 처리가 그래뉼의 형태학적 변화에 미치는 영향에 대해서 실험을 진행하였다. 저강도 초음파 처리와 재순환 적용 유무로, 4가지 반응조를 구성하고 연속 실험을 진행하여 각각의 반응조에서 그래뉼 샘플을 채취하였다. 각각의 그래뉼 샘플들은 기존의 분석 방법과 다르게 CMEIAS 프로그램을 이용하여 이미지 분석을 하여 그래뉼의 크기 및 형태를 파악하였고, VP-SEM을 이용하여 그래뉼 표면의 변화를 관찰하였다. 기존의 그래뉼 입도 분석은 많은 시간과 인력, 비용이 들어간다는 단점이 있어 무료 프로그램인 CMEIAS를 이용하여 새로운 방식으로 이미지 분석하였다. 이미지 분석 결과 저강도 초음파 처리와 재순환 적용이 각각 그래뉼 크기를 5% 증가됨을 확인하였고, 동시에 적용할 경우 그래뉼 크기가 20% 증가됨을 확인하였다. VP-SEM 결과 저강도 초음파 처리가 그래뉼 표면에 거친 형태를 매끄럽게 변화시키고 공극을 형성시키는 것을 확인하였다. 따라서, 저강도 초음파 처리와 재순환 적용은 그래뉼의 형태학적 변화에 긍정적인 영향을 미쳐 반응조 성능 향상에 영향을 미쳤을 것이라고 사료된다.

본 연구에서는 음식물 쓰레기를 기질로 하여 수소생산을 수행하였을 때 중금속(구리)의 농도에 따른 수소생산 효율과 반응 조건, 수소생산에 기여하는 미생물 군집 분포의 변화를 살펴보고자 한다. 회분식 반응기가 사용된 이번 실험에서는 sucrose 1%(v/v)와 음식물 쓰레기가 탄소원으로 사용되었으며, 혐기성 조건을 충족하기 위하여 N2가스로 반응기 내를 10분간 purging한 뒤, 이를 완전 밀폐 시켰으며, 교반 속도와 실험 온도는 각각 200 rpm, 30±3℃로 유지되었다. 본 연구에서 수소생산은 실험 후 약 30-90시간 후 종료되는 것으로 나타났다. 수소생산의 yield값은 Cu 0.5ppm, 1ppm, 5ppm, 10ppm에서 각각 5.3016, 6.6363, 28.9388, 4.9398㎖ H2/g COD로 나타났다. 수소가스 발생량(Ph)과 최대 수소 생산률(Rh)은 Table 1에 나타내었다. 중금속의 농도에 따라 수소생산량을 비교해 보았을 때 Cu 5ppm>10ppm>1ppm>0.5ppm의 순서로 수소생산량이 많이 발생되었으며, 이는 약간의 중금속은 미생물의 성장에 촉진작용을 일으켜 수소생산을 활발하게 하는 것으로 판단되어지며, 일정 농도 이상으로 중금속의 농도가 높아지면 수소생산에 저해가 되는 것으로 나타났다. 또한 실험의 여건 상 5, 10ppm실험시기 보다 0.5, 1pmm농도의 실험시기의 온도가 약 3℃ 낮았던 것으로 보아 온도의 영향이 수소생산에 영향을 미친 것으로 판단된다. 16S rDNA의 PCR-DGGE결과 음식물 쓰레기의 수소생산량과 비교하여 적은 수소를 생산한 중금속 첨가 반응액에서 발견된 Band 6과 7은 Lactococcus속으로 규명되었다. 이는 위 미생물들이 Clostridium속의 수소생산 활동을 저해시키는 역할로 작용했다고 판단된다.

폐기물 가스화는 폐기물 내에 포함되어있는 C, H 성분을 CO, H2가 주성분인 합성가스로 전환하는 기술이다. 가스화로부터 생산된 합성가스는 수성가스전이반응 (Water Gas Shift, CO + H2O → CO2 + H2, ΔH = -41.1 kJ mol-1) 공정을 통해 고순도 수소로 전환이 가능하다. 최근 연구 결과 보고에서 바이메탈 형태의 Ni-Cu-CeO2 촉매는 고온 수성가스전이반응에 매우 높은 활성과 선택도를 보였다. 본 연구에서는 Ni-Cu-CeO2 촉매의 제조방법 최적화를 위해 Ni-Cu-CeO2 촉매를 함침법, 공침법, 졸-겔법, 수열합성법으로 제조하고 활성을 비교 평가 하였다. 다양한 제조방법 중 졸-겔법으로 제조한 Ni-Cu-CeO2 촉매가 가장 높은 CO 전환율을 나타내었다. 이는 졸-겔법으로 제조한 촉매의 높은 표면적과 활성물질-담체간 강한 상호작용에 기인한 결과이다.

국내 유기성 페자원은 지역적으로 그 발생량과 분포가 다양하며 처리, 처분 및 재활용이 여러 가지 방법으로 시도되고 있다. 이 중에서 유기성폐기물의 효과적인 감량화 뿐만 아니라 자원화를 위한 대안으로 혐기성 소화에 대한 관심이 고조되고 있으며, 유기성폐기물을 이용한 혐기성 소화로 수소생산도 기대할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 혐기성 미생물을 이용한 유기성 페기물의 수소생산 기술에 관한 연구를 진행하였다. 각종 탄수화물로부터 수소생산량을 알아보기 위하여 단당류인 Glucose, 소당류인 Sucrose, 그리고 다당류인 Cellulose를 사용하여 실험하였으며, 최대수소생산율은 Sucrose가 98.18 mL/hr ․ℓ로 가장 좋은 효율을 보였고, Cellulose를 사용하였을 때는 수소가스가 발생되지 않았다. 이러한 결과는 cellulose가 다른 탄소원보다 더 고분자 물질이며, 미생물이 cellulose를 분해하여 수소를 생산하는데 다소 시간이 오래 걸린 것으로 사료된다. 따라서 고분자의 탄수화물로부터 수소를 생산하기 위해서는 미생물에 의한 분해가 쉽게 이루어질 수 있도록 전처리가 필요하다고 사료된다. 하수슬러지를 이용한 수소생산 결과 생물학적 유용성은 복합적 전처리 과정을 통하여 많이 개선되었으며 슬러지를 이용한 수소생산 가능성을 확인할 수 있었다. 단, 하수슬러지를 이용한 수소가스의 생성과 같은 생물학적 반응에 의한 바이오 가스 생산에 가용화된 슬러지를 이용하고자 할 경우 반응 중 pH와 온도 그리고 적정 미생물 군집의 배양과 같은 최적화 과정이 필수적으로 수반되어야 하며 이에 대해 더욱 체계적인 연구가 필요할 것으로 판단하였다. 유기성 페수 중 하나인 제당폐수에 질소와 인을 보충한 상태에서 수소 발생량은 774.59 mL로 증가하였고. 산처리 보다 알칼리처리 시 수소생산량이 약 70%증가됨을 알 수 있었다. 따라서 제당폐수 원액의 양호한 수소생산을 위해서는 질소와 인과 같은 영양염류의 보충이 필수적으로 필요하다는 것을 보여준다. 또한 음식물쓰레기를 이용해 수소생산한 결과 635.10ml로 슬러지를 전처리한 유기성자원으로부터 수소생성율이 0.4-1.65 mg H₂/g COD인 것을 고려할 때 본 실험에서 산출된 음식물쓰레기의 수소생성율은 3.47 mg H₂/g COD은 매우 고무적인 산출량이라고 판단된다. 따라서 본 실험을 통하여 음식물쓰레기가 glucose 또는 sucrose와 같은 탄수화물을 이용한 수소생산 시 산출되는 수소 생산수율에 비해 떨어지지만 유기성폐자원인 음식물쓰레기에서 수소생산 가능성을 확인하였으며 이를 토대로 효과적인 전처리와 같은 수소생성 최적화를 위한 연구가 고려된다면 더 높은 수소생산 효율을 기대해 볼 수 있을 것이다. 복합 전처리를 실시 한 후의 제당폐수와 음식물쓰레기의 DGGE 분석결과를 NCBI BLAST를 이용한 GenBank database와 비교 분석하여 가장 유사도가 높은 종을 검색한 결과 DGGE band로부터 얻은 clone은 Enterobacter 속, Klebsiella 속, Clostridium 속으로 규명되었다. 각각의 유기성폐자원의 취약점을 보완해 수소생산율을 향상시키기 위해 제당폐수에 음식물쓰레기와 활성슬러지를 부피 비 1:1로 혼합해 수소생산율 증대를 도모하였다. 제당폐수에 영양염류를 추가해 주었을 때 수소생산율이 향상되었던 기존실험결과와1) 음식물쓰레기를 이용한 수소생산 시 염소이온의 농도가 약 10g/L이상일때부터 긴 지체시간을 가지거나 강하게 저해 받는다는 기존의 연구결과를2) 바탕으로 영양염류대신 음식물쓰레기를 혼합해 영양염류의 보충과 염분의 희석 효과를 기대하며 실험을 진행하였다. 그와 동시에 질소의 양이 과다할 경우 그 역시 수소생산에 저해를 일으키는 요인이라는 기존의 연구결과를3) 바탕으로 슬러지의 질소농도를 희석시키기 위해 제당폐수와 함께 혼합하여 실험하였다. 그 결과 제당폐수와 음식물쓰레기를 혼합한 폐기물에서 54.13% 수소생산 효율이 향상되었고, 활성슬러지를 혼합한 폐기물에서는 21.24%로 수소생산 효율이 향상됨을 알 수 있었다. 따라서 본 실험을 통해 음식물쓰레기의 염분이 다른 기질과 혼합되어 희석효과를 보였고, 슬러지의 과다한 질소농도도 희석되어져 수소생산 효율을 향상시켰음을 알 수 있었다. 이를 토대로 최적배합조건 도출을 위한 연구가 고려된다면 더 높은 수소생산 효율을 기해 볼 수 있을 것이다.

Simulated waste-derived synthesis gas has been tested for hydrogen production through water gas shift (WGS) reaction in the temperature range of 240oC ~ 400oC over supported Pt catalysts prepared by an incipient wetness impregnation method. MG30, MgO, ZrO2, Al2O3 and CeO2 were employed as supports for WGS reaction in this study. 1 wt.% Pt/ CeO2 catalyst exhibited the highest CO conversion as well as 100% CO2 selectivity. This is due to easier reducibility of Pt/CeO2 and high oxygen mobility and oxygen storage capacitiy of CeO2. Pt/CeO2 catalyst can be a promising catalyst for WGS reaction from waste-derived synthesis gas.