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나정걸,김민식,전상구,정수현,김태완,강성균,이진원 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.1
탄소수가 1개인 CH<sub>4</sub>, CO 등의 C1 가스는 차세대 에너지/화학자원으로 기대되고 있으나, 현재는 단순 연소로 활용이 제한되고 있다. C1 가스로부터 다양한 화학제품을 생산하는 연구들은 지난 수십년간 수행되어 왔으나, 기술적 난관이 높아 향후 성공적인 기술 개발이 이루어졌을 때 기술 선도를 통한 시장 재패가 가능하리라 기대된다. 한편, 미생물의 대사나 효소의 작용을 통하여 C1 가스를 선택적으로 전환 할 수 있는 생물학적 공정도 최근 활발히 연구되고 있다. 관련 분야의 기초 연구 성과가 축적되면서 C1 가스를 효율적으로 전환할 수 있는 고성능 생물 촉매 설계에 대한 단서들이 마련되고 있으나, 실제 생산을 위해서는 이러한 생물 촉매들의 성능을 유지할 수 있는 공정 기술이 뒷받침되어야 한다. 본 발표에서는 생물학적 C1 가스 전환공정에서 배앙액 내 물질전달이 세포 성장 및 산물 생산성에 미치는 영향을 살펴보고자 한다. 물질전달 성능 향상을 위한 최근의 연구 동향을 분석하고, 이로부터 향후 개발이 필요한 분야에 대하여 제시할 것이다. 또한, 물질전달 성능과 동력 요구량과의 관계로부터 대형 공정 설계 시 고려사항에 대해서도 고찰하고자 한다.
Methane transfer strategy for high cell density culture of methanotroph
나정걸,정상민,한준희,김성일,오병근,이진원 한국공업화학회 2018 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2018 No.0
메탄의 생물학적 전환에 의한 유용물질 생산에 있어 생촉매인 메탄자화균의 고농도 배양이 필수적이며 이를 위해서는 기질인 메탄과 산소의 효율적인 전달이 매우 중요하다. 특히 탄소원인 메탄은 배양액 내 용해도 및 확산계수가 모두 낮아 전달속도가 낮을 수밖에 없어 배양이 어느 정도 진행된 다음에는 메탄전달속도가 배양의 성능을 좌우하게 된다. 기체의 전달 속도를 향상시키기 위해서 통상적으로 교반속도를 증가시키는 방법을 사용하게 되나, 이 경우 과도한 동력이 요구되므로 공정의 경제성을 크게 저하시키게 된다. 본 발표에서는 생물학적 메탄 전환 공정의 실현 가능성을 확보하기 위하여 메탄자화균의 배양에서 경제적으로 고농도 세포를 얻기 위한 가스 전달 전략을 수립하였다. 종균 배양 단계인 플라스크 배양과 생산 단계인 생물반응기 운전에서 기체 전달 속도가 세포 생장 및 가스 소모량에 미치는 영향을 분석하였다. 분석 결과를 바탕으로 반응기 내부 구조와 가스 공급 방법을 개선한 신규 시스템을 설계하였으며 메탄자화균의 일종인 Methylomonas sp. DH-1 배양에 적용하여 성능을 평가하였다.
비재내형(非在來型) 원유(原油) 자원(資源)으로서의 오일셰일 특성(特性) 고찰(考察)
나정걸,정수현,Na, Jeong-Geol,Chung, Soo-Hyun 한국자원리싸이클링학회 2008 資源 리싸이클링 Vol.17 No.6
오일셰일은 유기물질인 케로젠을 함유한 암석으로 레토르팅을 통하여 암석 내부의 케로젠을 오일로 회수할 수 있다. 본 연구에서는 미국과 러시아산 오일셰일 시료에 대한 물성을 분석하고 레토르팅 실험을 수행함으로써 대체 원유로서의 활용가능성을 평가하였다. 열중량 분석 결과, 오일셰일은 케로젠 분해로 인한 유기물 배출과 $CaCO_3$ 분해로 인한 $CO_2$ 배출의 두 단계 열분해 과정을 거치는 것으로 조사되었다. 오일셰일 내 유기물은 수소/탄소비가 높아 레토르팅을 통하여 액체연료로 쉽게 회수할 수 있으며 Fischer assay 레토르팅에 의한 오일 회수율은 미국산이 12.7%, 러시아산이 18.5% 정도였다. 미국 및 러시아산 오일셰일로부터 회수한 셰일오일은 비중 및 비점이 재래형 원유보다 높아 정유시설 투입을 위해서 추가 업그레이딩 공정이 필요하지만 유황분 함량이 낮을뿐 아니라 바나듐과 니켈 등의 촉매독 성분이 미량이어서 후속 정제공정에 드는 비용은 적을 것으로 예상된다. 회수된 오일에 대하여 GC/MS 분석을 수행한 결과 미국산 세일오일은 파라핀 성분이 다량 존재하였고, 러시아산 세일오일은 주로 산소가 포함된 유기화합물이 많이 함유되어 있음을 알 수 있었다. Oil shale is a sedimentary rock that contains organic compounds called kerogen that are released as petroleum-like liquids by retorting. In order to evalute oil shale as alternative oil resources, the physical properties of oil shale samples from US and Russia were investigated and Fischer assays were carried out. Thermogravimetric analysis shows that thermal degradation of oil shale consisted of two stage processes, with hydrocarbon release from kerogen followed by $CO_2$ release by carbonate decomposition. Organic compounds in oil shale have an high hydrogen/carbon ratio, and therefore liquid hydrocarbons could be obtained easily. Shale oil yields from Russian and US oil shales by Fischer assay were 12.7% and 18.5%, respectively. The density and boiling point of shale oils are higher than that of Middle East crude oil, indicating that further upgrading processes are necessary for refinery. On the other hands, sulfur contents are relatively low, and the amounts of Vanadium and Nickel are extremely small in shale oil. It was found that paraffins were rich in US shale oil while main components of Russian shale oil were oxygenated hydrocarbons.