최근 우리나라 서･남해안에 대량 유입되고 있는 괭생이모자반은 매년 그 양이 증가하고 있으며, 항해 및 양식시설 등에 피해를 주고 있다. 또한 막대한 비용 및 인력을 동원하여 수거한 후에도 그 처리에 어려움을 겪고있다. 우리나라 해안에 유입되는 양이 매년 증가하고 있어 괭생이모자반에 대한 적절한 처리방안 대책이 시급한 실정이다. 해조류는 바이오에너지 회수를 위한 바이오매스로 주목을 받아, 에너지 전환 공정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 괭생이모자반은 해조류 중 갈조류에 속하며 바이오매스로서의 잠재성이 높을 것으로 판단된다. 그러나 바다에서 수거/수확된 해조류에는 해수 속 염분이 일부 묻어 있을 것으로 사료되며, 이 단계에서 해조류 관리와 후속 공정과의 연구는 현재 미미하다. 이에 본 연구에서는 바다에서 수거된 괭생이모자반을 대상으로 수거직후 관리(세척여부)에 따라 바이오에너지 전환 공정 중 당 가수분해에 미치는 영향에 대하여 검토하였다. 세척시료와 미세척시료를 대상으로 강열감량 후 회분의 전기전도도 값을 측정한 결과, 미세척시료가 2.28 mS/cm로 세척시료보다 1.64배 높았으며, 이때 회분의 약 73%가 염분으로 나타났다. 세척과정을 반복적으로 실시하여 배출된 세척수의 전기전도도를 측정한 결과, 3회 세척 후 세척수 전기전도도는 1회 세척 후 결과 값의 88%가 감소하여, 해조류 표면에 묻은 염분은 반복되는 세척과정에서 상당부분 제거됨을 확인하였다. 세척여부는 당 가수분해 공정에도 영향을 미쳤으며, 특히 효소를 이용한 생물학적 가수분해 공정에 저해효과가 큰 것으로 나타났다.

바이오매스의 저장 및 취급 여건은 바이오매스의 형태 및 종류에 매우 달라진다. 바이오매스의 종류는 매우 다양하며, 어떻게 저장하고 취급할지는 바이오매스의 특성에 따라 달라진다. 바이오매스의 저장시설은 어떠한 조건에서도 지속적인 원료공급, 자체 영양물질의 감소와 분해를 저감시키기 위한 것이다. 한편, 저장시설 내부에서는 저장물의 물리적, 생화학적, 생물학적 그리고 화학적 반응 등에 의해 내부 온도가 상승하고, 온도상승에 의한 자연발화에 의한 화재 및 폭발 등의 안전성이나, 곰팡이 생성 등의 위생적인 면에서 문제될 수 있다. 특히 저장기간 동안 또는 저장 후 바이오매스의 수분함량은 원료의 적합성과 밀접한 관계가 있다. 대부분의 목재 및 농업부산물과 같은 바이오매스는 4–50% 범위의 수분함량을 가지고 있으며, 음식물류 폐기물은 최대 94%의 수분함량을, 혼합 도시고형폐기물 중 유기물의 평균 수분함량은 53.7%의 수분함량을 나타낸다고 보고하고 있다. 일반적으로 에너지회수 시설에 사용되는 바이오매스는 수분함량이 낮아야 한다. 이에 본 연구에서는 현재 이용되고 있는 바이오매스 저장시설의 종류 및 형태, 그리고 발생 가능한 문제점에 대하여 조사하였으며, 저장 기간 동안 수분함량에 따른 바이오매스의 물리·화학적 조성 변화에 대하여 검토하였다.

전 세계적으로 플라스틱의 사용량은 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 그 결과, 해양쓰레기 중 플라스틱의 비중은 60~80%로써 높은 비중을 차지하고 있다. 플라스틱 중에서도 미세플라스틱은 5mm 미만의 플라스틱 조각으로서 인위적으로 제조된 1차 미세플라스틱과 물리･화학적으로 인한 파쇄나 분해에 의한 2차 미세플라스틱으로 나눌 수 있다. 이러한 미세플라스틱은 생물증폭(Biomagnification)과 생물농축(Bioaccumulation)이 우려되고 있다. 최근 미세플라스틱의 관심이 대두되면서 미세플라스틱의 정량･정성분석에 대한 문헌이 증가하는 추세이지만, 정량에 사용하는 단위는 연구자마다 상이하여 상호 비교가 어려운 현실이다. 또한 시료의 상태에 따라 유기물분해, 밀도차선별을 선별적으로 적용해야 한다. 특정 환경매체에서 정량･정성분석의 결과는 배출원별 배출량과 함께 고려해야 한다. 국외의 경우 미세플라스틱의 배출원별 배출량에 관한 연구가 이미 진행되었으나, 우리나라의 경우 관련된 연구는 찾아볼 수 없다. 이에 본 연구에서는 국외 선행연구에서 사용한 기법을 적용하여 우리나라에서 배출되는 미세플라스틱의 양을 추정하였다. 그 결과, 1차 미세플라스틱 배출량이 2차 미세플라스틱 배출량보다 약 10배 많은 것으로 나타났다.

Marine wastes could be divided into coastal, sink and floating waste by the distribution location. From the results of standing stock estimation of the marine wastes, the amount of coastal waste was similar to the results of previous study, that of sink waste was higher in this study as much as 1.47 to 2.83 times, and that of floating waste was estimated to be higher up to approximately 2.3 times in this study. Overall, the total amount of marine waste in the sea of our country is estimated at 180,148 ~ 331,197 tons, being 1.43 to 2.63 times higher than the results of previous study.

We investigated optimal conditions for the hydrolysis of Laminaria japonica using a single enzyme such as Celluclast 1.5 L, Saczyme, and alginate lyase, for the production of reducing sugar. Redesigned experimental conditions including the optimal conditions determined for the single enzyme were proposed, and the hydrolysis of Laminaria japonica was also performed with a mixture of enzymes. The reducing sugar yield with the mixed enzymes was lower than that with Celluclast 1.5 L, which showed the highest efficiency among the enzymes used. Considering the reducing sugar yield and economics, it would seem that hydrolysis by mixed enzymes had no advantage. The coefficient of determination (R2) of Y1 (the yield of reducing sugar by Celluclast 1.5 L) was 0.89. The P value of Y1 was < 0.001, indicating statistical significance. By the response surface methodology (RSM), the optimum reaction conditions for hydrolysis of Laminaria japonica by Celluclast 1.5 L were determined to be enzyme of 8.0%, a reaction time of 26.4 h, a pH of 4.0, and a temperature of 42.6oC, resulting in the production of 117.7 mg/g-Laminaria japonica.

해양쓰레기란, 일반적으로 고의 또는 부주의로 해안에 방치되거나 해양으로 유입, 배출되어 해양환경에 악영향을 미치는 고형물로 정의할 수 있다. 우리나라 해양쓰레기의 연간 발생량은 176,807톤으로 추정되고 있으며, 해양쓰레기는 해양환경정화선 운항, 해양쓰레기 수거･수매 사업, 연안대청소 등의 사업으로 수거되고 있다. 수거되는 해양쓰레기를 목재류, 종이, 비닐･플라스틱류, 고무･가죽류, 섬유, 폐어구류, 폐타이어, 폐와이어, 유리류, 금속류로 구분하였을 경우, 목재류, 비닐･플라스틱류, 폐어구류, 금속류가 가장 빈번히, 그리고 가장 많이 검출되는 항목이다. 이런 경향은 부유쓰레기의 성상 (비닐·플라스틱류 54%, 목재류 27%, 섬유류 8% 등)을 조사한 결과에서도 확인할 수 있었다. 해양쓰레기 수거량 중 가연성분의 양이 절대 다수를 차지하고 있어, 이 가연성분을 새로운 에너지원으로서 이용할 수 있을 것으로 사료되며, 그에 대한 연구가 진행 중이다. 그러나 바다에서 수거한 해양쓰레기에는 1.5% 정도의 염분이 함유되어 있는 것으로 조사되었다. 이 염분 농도는 생활폐기물 중 염분 농도에 비하여 매우 높은 수준으로 연소 시 다이옥신류와 같은 오염물질의 발생이 가능하다. 이에 해양에서 수거한 쓰레기 중염분 농도를 저감할 수 있는 방법으로 자연 강우에 의한 방법, 강제 살수에 의한 방법, 침적에 의한 방법을 검토하여 그 결과를 보고하고자 한다.

육식의 소비가 늘어나면서 소·돼지와 같은 가축의 사육두수도 늘어나게 되고, 그에 따라 분뇨 발생량도 날로 늘어나고 있다. 또한, 커피 소모량이 많아짐에 따라 커피찌꺼기(커피박)의 발생량 또한 많아지고 있는 실정이다. 가축분뇨와 커피박을 처리하는 방법은 다양하지만, 비용과 적용성에서 한계가 있다. 이에 본 논문에서는 가축분뇨 중에서도 발생량이 가장 많은 우분과 커피박을 혼합, 성형, 건조하여 고형연료로써 재자원화의 가능여부를 검토했다. 고형연료로써 사용하기 위해서는 고형연료제품의 품질기준인 크기, 수분, 회분, 염소, 황, 저위발열량, 중금속 함량을 만족해야 한다. 우분 자체의 발열량은 고형연료제품의 품질기준보다 낮게 나왔기에 커피박을 이용함으로써 부족한 열량을 보완할 수 있을 것으로 판단되었다. 또 열량이 높은 커피박은 성형에 어려움이 있었으나, 우분의 첨가로 일정 모양으로 성형할 수 있었다. 수거한 커피박의 수분은 58%, 가연분은 41%, 회분은 1% 내외의 함량을 보였으며, 우분의 수분은 78%, 가연분은 16%, 회분은 6% 내외의 함량을 보였다. 이런 우분과 커피박의 혼합비를 9:1, 7:3, 5:5, 3:7, 1:9로 설정하여, 후속 실험을 수행하였다. 이렇게 우분을 연료로 재활용함으로써 비닐하우스 농사 등 농업에 필요한 열을 농가에서 나오는 열원으로 조달할 수 있으며, 환경적으로도 장점이 클 것으로 판단된다.

Bioethanol was produced from Laminaria japonica hydrolystaes by sequential acidic (0.108 N HCl)/distilled water and enzymatic hydrolysis (Celluclast® 1.5 L) using Saccharomyces coreanus immobilized into/on aluminum silicate. Reducing sugar were hydrolyzed 140.5 and 122.7 mg/g-dry biomass under a acidic-enzymatic condition and a distilled waterenzymatic condition, respectively. In addition, the 8 repetition batch fermentations were carried out with the immobilized S. coreanus to verify the advantage of immobilization cell. As a result, we can obtain the ethanol of 12.1 ~ 24.3 mg/gdry biomass, and reuse the support, aluminium silicate, for 8 repetition batch fermentations without any breakdown.

In this study, microcrystalline cellulose, which is a cell wall polysaccharide commonly contained in sea algae (brown algae, red algae and green algae), is used in substitution for cellulose and is hydrolyzed with seven enzymes available in the market. The seven enzymes selected are Viscozyme® L, Celluclast® 1.5 L, Saczyme, Novozym® 33095, Fungamyl® 800 L, Driselase® Basidiomycetes sp., and Alginate Lyase. To maximize the production of the reducing sugar by hydrolysis with each enzyme, we optimized the quantity of enzymes, reaction time, pH, and reaction temperature as four independent variables, and the reducing sugar production rate as a dependent variable, utilizing response surface methodology (RSM) to optimize the enzyme hydrolysis reaction conditions. Among the tested enzymes, the production rate of reducing sugar by Celluclast® 1.5 L was the highest. Hence, the predicted optimum conditions (8.5 % enzyme, reaction time 27.6 h, pH 4.1 and reaction temperature 44.1oC) were directly applied to Laminaria japonica and proved the predicted optimum conditions with experiments. Under the optimum conditions, the sugar yield of 137.6 mg/g-Laminaria japonica (experimental value) was obtained.

현재 “어업”과 “납”과는 매우 밀접한 관계가 있으나, 어구에 사용되는 납의 환경 중 거동에 대한 체계적인 연구는 찾아볼 수 없는 실정이다. 2012년 9월 10일부로 시행된 ｢낚시관리 및 육성법｣에서는 낚시 도구라 지칭되는 모든 제품에 kg 당 납 성분이 90 mg이 초과하는 제품은 사용할 수 없도록 하고 있으나, 납은 비용적인 면에서나 가공의 수월성 면에서 어망에 많이 이용되고 있는 실정이다. 더욱이 어망의 폐기 실태, 어망 중 함유형태 및 함유량 등에 대한 자료는 찾아볼 수 없어 환경에서의 거동에 대한 검토는 전무하다. 이에 어구, 특히 폐어망에 함유된 납추의 환경 중 거동(fate)을 알아보기 위한 연구의 일환으로 수행하고 있는 본 연구에서는 우선, 어망에 함유된 납의 형태 (실납, 납추 등)를 알아보고, 함유 형태별, 환경 매체별 환경으로의 납 용출량을 알아보고자 하였다. 최근 발표된 일본의 “폐정치망 어망의 적정처리와 리사이클의 가능성으로의 과제 (2011년)”에서, 우선 납에 의한 오염이 확산되지 않도록 하기 위해서 어망과 로프에서 납추를 완전히 분리할 필요가 있으며, 그 분리 방법도 외부에 부착된 경우와 내부에 삽입된 경우와는 서로 다름을 보고하고 있다. 또한 분리된 어망과 로프는 화학적 리사이클이나 열회수 등으로 재활용하고, 분리한 납은 순도가 높아 판매가 가능하다고 생각되나, 실제로는 사용된 납추에는 조개류가 부착된 형태이므로 다른 적정처리가 필요함을 제기하고 있다. 폐어망 5kg을 분리･분별 장치에 넣고 납 분리를 실시한 결과, 로프 약 3kg, 납 약 1.5kg를 회수했으며, 나머지는 토사 등이었다고 보고하고 있다. 또, 4 종류의 폐어망의 납 함유량을 조사한 결과, 42.4 - 58.4% (무게비) 함유하고 있음을 확인하였으나, 납추 또는 실납 형태별 환경으로의 용출량에 대한 자료는 찾아볼 수 없었다.

This study investigated the optimal sequential hydrolysis conditions by comparing with reducing sugar yield ofsequential hydrolysis of Laminaria japonica processing residue. After acid-catalyzed hydrothermal hydrolysis, sequentialenzymatic hydrolysis was performed with single enzymes such as Celluclast® 1.5L, Saczyme, and Alginate Lyase, andtheir mixture. As a result, the yield of reducing sugar by sequential hydrolysis with the mixed enzymes was the highest,but there would be an economical problem with excessive enzyme loading. Therefore, considering the reducing sugaryield and economics, it is thought that hydrolysis by the mixed enzymes has no advantage, thus, using the Celluclast®1.5L in the sequential hydrolysis was practically more appropriate. The optimal sequential hydrolysis conditions ofLaminaria japonica processing residue were determined to be 8% v/w of enzyme injection, 42.6oC of reaction temperature,pH 4.1, and 26 hours of reaction time after acid-catalyzed hydrothermal hydrolysis (0.108 N-HCl, 144oC of reactiontemperature, and 22 minute of reaction time).

This study focused on immobilization of Saccharomyces coreanus to support materials and ethanol fermentation bythe immobilized yeast. Three porous media as support material were surveyed; synthetic zeolite, aluminum silicate andgranular activated carbon. Amount of yeast (determined by organic matter content) immobilized into/on support materialswas lowest in fermentation using aluminum silicate as supports. Glucose as substrate of ethanol fermentation was easilysorbed more than ethanol into/on 3 types of support materials. Of these, absorbed amount of glucose and ethanol into/on activated carbon was highest. The ethanol was actively produced for 16 hours in fermentation processes by yeastimmobilized into/on aluminum silicate and activated carbon, produced after 16 hours by yeast immobilized into/on zeolite.The produced ethanol concentration after 24h was as follows; 24.2g/L by using aluminum silicate, 19.3g/L by activatedcarbon and 16.1g/L by zeolite.

To investigate optimal condition of acid-catalyzed hydrothermal hydrolysis of Laminaria japonica, the main constituentsof Laminaria japonica such as cellulose, alginic acid and mannitol were hydrolyzed using acid-catalyzed hydrothermalreaction. Then, we proposed the re-designed experimental method including the predicted optimal conditions of the mainconstituents and performed acid-catalyzed hydrothermal hydrolysis of Laminaria japonica. The coefficients ofdetermination (R2) of Y5 (yield of reducing sugar from Laminaria japonica) were 0.877. P values of Y5 were 0.002,indicating significance, within 1% (p<0.01). The optimum reaction condition for acid-catalyzed hydrothermal hydrolysisof Laminaria japonica determined by the response surface methodology is 143.65oC of reaction temperature, 22min ofreaction time, hydrochloric acid concentration 0.108N, resulting in a production rate of 115.62mg/g-Laminaria japonica.

In this study, phytocapping which was widely and deeply studied in USA and Australia was investigated among the methane oxidation technology for the surface emission reduction, and the consideration matter to apply the technology was also suggested. The selection of plants to be suitable in climate and soil condition is the key factor when phytocapping would be introduced. In the United States, a fast growing, perennial and deep-rooting tree species are used for landfill covers or contaminated soil areas, and even understory grasses are chosen based on regional characteristics. However this phytocapping would have regional limitation, especially precipitation is an important environmental factor.

To improve the conversion rate of the saccharification liquid of food wastes, containing a mixture of pentose and hexose, to bioethanol, this study aimed to investigate the fermentation characteristics by P. stipitis which is used in the fermentation of xylose as well as glucose as a substrate. Saccharification liquid of cellulosic food wastes such as Chinese cabbage, cabbage, and Chinese chive contained hexose, mainly glucose and fructose, and pentose, mainly xylose and trace disaccharide. The pentose in reducing sugar occupied 32%, meaning that the conversion rate to ethanol could be increased by the fermentation of such a pentose. From the result of ethanol fermentation, although the rate of fermentation by P. stipitis was slower than by S. coreanus, it was verified the consumption of pentose as well as hexose in the process of the forced air injection, consequently, it was confirmed the increase of ethanol yield.

To produce bioethanol from cellulosic biomass, the cellulosic biomass needs pretreatments for high efficiency saccharification. This study, thus, aims to evaluate the efficiency of several pretreatments using vegetables as a cellulosic biomass among food wastes. The evaluated pretreatment methods were acid treatment, ammonia treatment and hydrogen peroxide treatment, which were used by individual and/or incorporating method. As a result, the concentration of reducing sugar increased 4 ~ 15 times and that of glucose increased 5 ~ 26 times compared to the samples without pretreatment. The acid treatment as an individual treatment was the most efficient, and the efficiency of incorporating treatment showed higher than that of individual treatment. Besides, there were differences in the composition and content of hydrolyzed sugars although the saccharification efficiency was similar by the method of each pretreatment.

This study aimed to investigate the optimal enzymatic hydrolysis conditions of alginic acid using Viscozyme® L, Celluclast® 1.5L, Saczyme®, Novozym®, Fungamyl® 800L, Driselase® Basidiomycetes sp., and Alginate Lyase, for production of reducing sugar. Response surface methodology (RSM) based on central composite rotatable design was used to study effects of the independent variables such as enzyme (1-9% v/w), reaction time (10-30 h), pH (3-7) and reaction temperature (30-70oC) on the production of reducing sugar from alginic acid. The coefficients of determination (R2) of Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, and Y7 for the dependent variable regression equation were analyzed as 0.947 0.968, 0.840, 0.926, 0.923, 0.892 and 0.825. And the p-value of Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, and Y7 within 1% (p < 0.01) was very significant. The optimal conditions were 1.0% of the quantity of the enzyme, 10.0 hours of the response time, pH 3 and 70.0oC of the reaction temperature, where the production rate was 483.1 mg/g-alginic acid, the highest of all the enzymes used.

Acid hydrolysis of cellulose using hydrothermal reaction was conducted to maximize reducing sugar concentration and the response surface methodology (RSM) was applied to study the effects of independent variables, such as reaction temperature (116 ~ 184oC), reaction time (12 ~ 28 min) and hydrochloric acid concentration (HCl, 0.0159 ~ 0.1841 N) on reducing sugar concentration and production yield from the cellulose. With the optimum conditions of the acid-catalyzed hydrothermal hydrolysis, the reducing sugar (RS) was obtained as 369.14 mg-RS/g-cellulose in 172.77oC of the reaction temperature, 28.41 min of the reaction time and 0.067 N of the hydrochloric acid concentration. The glucose (Glu) was obtained as 281.94 mg-Glu/g-cellulose in 154.70oC of the reaction temperature, 11.59 min of the reaction time and 0.184 N of the hydrochloric acid concentration.

Sugar, starch and lignocellulosic biomass has been mainly used as raw materials for the production of the bioethanol. However, the sharp fluctuation of grain prices, a threat of world famine, and hardly biodegradable substance like lignin contained in lignocellulosic materials make the pre-processing of the biomass complicated in several aspects. As a result, the focus of attention has now shifted to the ‘third biomass’ such as algae, which has a high value of energy recovery. In this study, a kind of macroalgae and its characteristic were surveyed and then, the physical, biological, chemical, combined, and hydrothermal pretreatments for its hydrolysis were deeply considered. Consequently, the macroalgae could be more effectively hydrolyzed at the combined process such as the hydrothermal-chemical or biological treatment, chemical-biological treatment and so on than the single process like the biological pretreatment.