규산질 비료의 철 함량 차이가 메탄 배출 특성 및 미생물 활성에 미치는 영향성

하지수(Jisu Ha),조은남(Eunnam Joe),김필주(Pil Joo Kim) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

논에서 규산질 비료는 벼 재배과정 중 메탄 배출량을 효과적으로 저감할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이는 규산질 비료의 원료인 광재 슬래그 안에 포함된 산화철(Fe<SUP>3+</SUP>)이 전자수용체로 작용하여 메탄생성균(methanogens)의 활성을 억제하였기 때문으로 추정하고 있다. 그러나 아직까지 규산질 비료가 메탄 배출량을 저감하는 반응기작에 대해서는 분명하게 정리되지 못하고 있다. 가설적으로 규산질 비료 처리에 따른 메탄 배출량 저감은 ① 메탄생성균 활성이 특이적으로 억제되었거나, ② 메탄산화균(methanotrophs)의 활성을 높아졌기 때문으로 생각할 수 있다. 그리고 ③ 이외의 다른 요인이 메탄 배출량에 영향을 주었는지 분명치 않은 상황이다. 본 연구에서는 규산질 비료 처리가 메탄 배출량 저감에 미치는 생물학적 반응기작을 평가하기 위해, ① 전자수용체 함량이 다른 2가지 유형의 규산질 비료를 개발하였다. 그리고 ② 규산질 비료 처리가 벼 재배과정 중 메탄 배출량에 미치는 영향성과 주요 미생물의 활성을 비교하였다. 규산질 비료 처리가 벼 재배과정 중 메탄 배출량에 미치는 영향성을 평가하기 위해 규산질 비료 무처리와 처리(1.5 Mg/ha)를 핵심처리구로 설정하였다. 그리고 규산질 비료 내 전자수용체의 함량이 메탄 배출량에 미치는 영향성을 평가하기 위해, 기존 광재 규산질 비료에 산화철(Fe₂O₃)을 2.5%(wt/wt) 혼합하여 개선규산질 비료를 제조하고 동일량을 벼 재배 전 기비 처리하였다. 벼 재배과정 중 Closed Chamber Method에 의해 메탄 배출량 특성을 조사하였다. 메탄 배출량이 가장 많았던 유수형성기 토양 내 메탄생성균(mcrA gene copy no), 메탄산화균(pmoA)의 활성을 평가하였다. 현재 농가에서 사용 중인 광재 규산질 비료는 벼 재배기간 중 메탄 배출량을 평균 20%을 감축하는 효과가 있었다. 전자수용체로 산화철을 2.5% 혼합하여 제조된 개선 규산질 비료는 기존 광재 규산질 비료보다 메탄 배출량 효과를 15% 이상 증진시킬 수 있었다. 규산질 비료처리는 메탄생성균의 활성을 크게 저감시킬 수 있었으며, 산화철 함량 증진을 통해 메탄생성균의 활성을 더 효과적으로 저감시킬 수 있었다. 규산질비료 처리는 메탄산화균의 활성의 억제하였다. 이는 ① 토양 내 기질인 메탄생성량이 감소에 의한 영향이거나, ② 전체 미생물의 활성이 억제되었기 때문으로 추정된다. 전자수용체로 산화철을 추가하여 제조된 개선규산질 비료 처리는 메탄산화균의 활성에 큰 영향은 주지는 않았다. 광재 규산질 비료에 함유된 산화철이 전자수용체로서 작용하여 메탄생성균의 활성을 저감하였기 때문에 철 함량이 증진되면 논에서 메탄 배출량이 감소하는 효과가 분명하였다. 다만, 메탄산화균은 큰 영향을 받지 않았으므로 전체 미생물 활성에 대한 추가연구가 이루어져 메탄생성균이 특이적으로 영향을 받은 것인지에 관해 연구가 필요하다고 생각된다.

메탄의 최적산화조건을 위한 충전매질의 CO₂ 흡수속도 평가

윤수철 ( Su-chul Yoon ),유명수 ( Myoung-soo Yu ),이남훈 ( Nam-hoon Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

폐기물 매립지에서 폐기물이 매립되어 최종처분 되는 과정에서 유기물질이 혐기성 분해되어 메탄과 이산화 탄소가 주요 조성물인 매립가스가 발생하게 된다. 특히 메탄과 이산화탄소는 대표적인 온실가스로서 페기물 매립지는 온실가스 배출원으로 지목되고 있다. 국내 폐기물 분야의 온실가스 배출량은 2014년 기준 15.4백만톤 CO_2eq로 국가 총 배출량의 2.2%를 차지하였으며, 폐기물 매립 부분이 7.3 백만톤 CO_2eq로 폐기물 분야 전체 배출량의 47.5%로 가장 높은 비율을 차지하고 있다. 또한 국내 230개소의 매립지 중 대규모 매립지 17개 시설에서만 매립가스 자원화 시설을 운영하고 있으며, 매립지에서 발생하는 메탄의 29%만을 자원화로 이용하고 있다. 나머지 중소규모매립지를 포함하여 71%의 메탄은 무방비 상태로 대기상으로 유출되고 있다. 유럽 등 여러 국가에서 중소규모 매립지에서 미생물을 이용하여 CH₄를 산화시키는 기술인 메탄산화시스템을 제시하였다. 이러한 생물학적 산화시스템은 매립지 복토층에 서식하는 미생물을 이용하여 메탄을 이산화탄소로 산화시키는 기술이다. 미생물 복토층을 최적의 서식 조건으로 조성함으로써 메탄산화 효율을 증진시킬 수 있으며, 미생물의 메탄 산화 속도 및 매립 가스 발생량에 따라 메탄저감 효율이 좌우되며, 매립가스 발생량이 적은 경우 100%까지도 산화가 가능한 바이오필터와 같이 인위적인 메탄산화 시스템을 운영할 수도 있다. 이러한 생물학적 메탄산화기술은 미생물의 서식환경에 따라 메탄산화효율이 좌우되므로 최적의 환경으로 조정해야 할 필요성이 있다. 매립지에서 발생하는 CO₂는 토양의 수분에 흡수되어 탄산화로 인해 토양의 pH를 떨어뜨리며 고농도의 CO₂는 호기성 미생물이 서식하는 최적 산화효율을 감소시킨다. 그러므로 매립지에서 발생하는 CO₂는 메탄산화의 중요한 영향 인자라고 판단할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 호기성 메탄세균의 최적 산화 조건을 위한 CO₂ 흡수 충전 매질을 선정하고자 각 충전 매질의 CO₂ 흡수속도를 평가하고자 하였다. 사사: 이 논문은 환경부의 “글로벌탑 환경기술개발사업” 중 “Non-CO₂ 온실가스 저감기술개발 사업단” (과제번호: 2017002410008)에서 지원받았으며 이에 감사드립니다.

생물학적 메탄산화 기술개발을 위한 메탄산화균의 산화능 평가

문세흠 ( Se-heum Moon ),유명수 ( Myoung-soo Yu ),윤수철 ( Su-chul Yoon ),이남훈 ( Nam-hoon Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

기후 변화가 점차 가속되는 현 상황에서 온실가스를 줄이고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 우리나라에서 발생하는 메탄가스 배출량은 2014년 기준 26.6백만톤 CO₂eq 수준으로, 이중 약 27% (약 7.3 백만톤 CO₂eq)는 폐기물 매립지에서 유출되고 있다. 또한, 국내 230개소의 매립지 중 대규모 매립지 17개 시설에서만 매립가스 자원화 시설을 운영하고 있으며, 매립지에서 발생하는 메탄의 29%만을 자원화로 이용하고 있다. 나머지 중소규모매립지를 포함하여 71%의 메탄은 무방비 상태로 대기상으로 유출되고 있다. 기존의 매립지 가스 처리방법으로는 매립가스에 포함된 메탄을 회수하여 에너지화하는 ‘매립가스자원화’ 및 매립가스를 소각처리하는 ‘연소방식’으로 구분할 수 있다. 매립가스자원화는 메탄가스 농도가 30%~40% 이상이고 매립가스 발생량이 2~3Nm³/min이상이어야 하는 단점이 있으며, 대규모 매립지에서만 경제성이 확보되는 한계가 있다. 연소처리는 중소규모 매립지에서도 적용은 가능하지만, 가스 포집 시설의 설치가 필요하고 처리효율이 낮으며, 불완전 연소로 인해 다이옥신 등이 발생하는 단점이 있다. 매립지 규모별 메탄가스의 처리기술의 경제성을 비교하였을 때 매립지 규모에 상관없이 생물학적 산화기술이 연소처리에 비해 저비용으로 메탄을 처리할 수 있는 것으로 확인되었으며 폐기물 매립량이 600,000톤 이하인 경우에는 매립가스자원화보다도 경제적임을 확인할 수 있다. 생물학적 산화 시스템은 유럽 등에서는 중소규모 매립지에서의 탄소중립을 위하여 제시되었으며, 매립지 복토층에 서식하는 미생물을 이용하여 메탄을 이산화탄소로 산화시키는 기술이다. 미생물 복토층을 최적의 서식조건으로 조성함으로써 메탄산화 효율을 증진시킬 수 있으며, 미생물의 메탄 산화 속도 및 매립 가스 발생량에 따라 메탄저감 효율이 좌우되며, 매립가스 발생량이 적은 경우 100%까지도 산화가 가능한 바이오필터와 같이 인위적인 메탄산화 시스템을 운영할 수도 있다. 이에 본 연구는 매립토, 퇴비, 부숙토 3가지의 시료를 대상으로 회분식 실험을 통해 메탄산화균의 활성도를 파악하였다. 또한 실험결과, 메탄산화가 가장 우수한 매립토를 대상으로 메탄산화균을 분리배양 하였으며, 이후 연속식 실험을 통해 메탄산화균의 메탄산화속도를 평가하였다.

생물학적 메탄산화 기술개발을 위한 메탄산화균의 산화능 평가

문세흠,유명수,윤수철,이남훈 한국폐기물자원순환학회 2018 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2018 No.05

기후 변화가 점차 가속되는 현 상황에서 온실가스를 줄이고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 우리나라에서 발생하는 메탄가스 배출량은 2014년 기준 26.6백만톤 CO2eq 수준으로, 이중 약 27% (약 7.3 백만톤 CO2eq)는 폐기물 매립지에서 유출되고 있다. 또한, 국내 230개소의 매립지 중 대규모 매립지 17개 시설에서만 매립가스 자원화 시설을 운영하고 있으며, 매립지에서 발생하는 메탄의 29%만을 자원화로 이용하고 있다. 나머지 중소규모매립지를 포함하여 71%의 메탄은 무방비 상태로 대기상으로 유출되고 있다. 기존의 매립지 가스 처리방법으로는 매립가스에 포함된 메탄을 회수하여 에너지화하는 ‘매립가스자원화’ 및 매립가스를 소각처리하는 ‘연소방식’으로 구분할 수 있다. 매립가스자원화는 메탄가스 농도가 30%~40% 이상이고 매립가스 발생량이 2~3Nm3/min이상이어야 하는 단점이 있으며, 대규모 매립지에서만 경제성이 확보되는 한계가 있다. 연소처리는 중소규모 매립지에서도 적용은 가능하지만, 가스 포집 시설의 설치가 필요하고 처리 효율이 낮으며, 불완전 연소로 인해 다이옥신 등이 발생하는 단점이 있다. 매립지 규모별 메탄가스의 처리기술의 경제성을 비교하였을 때 매립지 규모에 상관없이 생물학적 산화기술이 연소처리에 비해 저비용으로 메탄을 처리할 수 있는 것으로 확인되었으며 폐기물 매립량이 600,000톤 이하인 경우에는 매립가스자원화보다도 경제적임을 확인할 수 있다. 생물학적 산화 시스템은 유럽 등에서는 중소규모 매립지에서의 탄소중립을 위하여 제시되었으며, 매립지 복토층에 서식하는 미생물을 이용하여 메탄을 이산화탄소로 산화시키는 기술이다. 미생물 복토층을 최적의 서식 조건으로 조성함으로써 메탄산화 효율을 증진시킬 수 있으며, 미생물의 메탄 산화 속도 및 매립 가스 발생량에 따라 메탄저감 효율이 좌우되며, 매립가스 발생량이 적은 경우 100%까지도 산화가 가능한 바이오필터와 같이 인위적인 메탄산화 시스템을 운영할 수도 있다. 이에 본 연구는 매립토, 퇴비, 부숙토 3가지의 시료를 대상으로 회분식 실험을 통해 메탄산화균의 활성도를 파악하였다. 또한 실험결과, 메탄산화가 가장 우수한 매립토를 대상으로 메탄산화균을 분리배양 하였으며, 이후 연속식 실험을 통해 메탄산화균의 메탄산화속도를 평가하였다.

토양에 함유된 메탄산화균의 군집분포 특성에 관한 연구

문세흠 ( Se-heum Moon ),이진수 ( Jin-soo Lee ),김상민 ( Sang-min Kim ),윤수철 ( Su-chul Yoon ),이남훈 ( Nam-hoon Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

2015년에 UNFCCC(United Nations Framework Convention on Climate Change)에서 채택된 파리기후변화협약(Paris Agreement)은 195개국의 당사국들이 온실가스 배출을 감축해야 하는 목표와 실행계획이 담겨 있으며, 우리나라는 2030년 온실가스 배출전망치(BAU, Business As Usual) 대비 37%를 감축 목표로 약속하였다. 현재 우리나라의 이산화탄소 배출량은 2015년 기준으로 세계 8위로서 에너지 다소비 국가에 속한다. 우리나라가 채택한 온실가스 배출량 감축 목표를 달성하기 위해서는 최대 15.2조 원에 달하는 GDP 손실을 동반하기 때문에 단계적인 감축의 필요성이 시급하다. 우리나라의 메탄가스 배출량은 2014년 기준으로 26.6백만 톤 CO2eq 수준으로 이중 약 27%(7.3백만 톤 CO2eq)가 폐기물 매립지에서 유출된다. 국내에서는 230개소의 매립지 중 17개의 시설에서만 매립 가스 자원화 시설이 운영되고 있으며, 발생하는 메탄의 약 29% 만이 에너지원으로서 자원화되고 있다. 또한, 현재 중·소규모의 매립지에서의 메탄은 저농도로 발생하기 때문에 일반적으로 대기 중에 무분별하게 방출되고 있는 현실이다. 국내에서 사용하고 있는 규모별 메탄가스의 처리기술은 바이오가스발전, 연소처리, 메탄 산화 등이 있으며, 경제성을 비교하였을 시 매립지 규모에 상관없는 생물학적 산화기술이 연소처리보다 저비용으로 메탄을 처리할 수 있다. 위와 같이 현재 생물학적 산화 기술의 필요성이 확대되는 반면에 호기성 메탄산화균의 군집분포 특성에 관한 세부적인 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 매립토에 함유되어있는 메탄산화균에 의한 메탄산화속도를 GC를 통해 비교 측정하여 그 중 산화 속도가 가장 우수한 토양을 선정하여 16s rRNA 염기서열 분석법을 통해 형성되어 있는 미생물의 군집을 분석함으로써 추후 메탄산화균의 기초자료가 될 수 있을 것으로 기대된다.

토양에 함유된 메탄산화균의 군집분포 특성에 관한 연구

문세흠,이진수,김상민,윤수철,이남훈 한국폐기물자원순환학회 2018 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2018 No.05

2015년에 UNFCCC(United Nations Framework Convention on Climate Change)에서 채택된 파리기후변화협약(Paris Agreement)은 195개국의 당사국들이 온실가스 배출을 감축해야 하는 목표와 실행계획이 담겨 있으며, 우리나라는 2030년 온실가스 배출전망치(BAU, Business As Usual) 대비 37%를 감축 목표로 약속하였다. 현재 우리나라의 이산화탄소 배출량은 2015년 기준으로 세계 8위로서 에너지 다소비 국가에 속한다. 우리나라가 채택한 온실가스 배출량 감축 목표를 달성하기 위해서는 최대 15.2조 원에 달하는 GDP 손실을 동반하기 때문에 단계적인 감축의 필요성이 시급하다. 우리나라의 메탄가스 배출량은 2014년 기준으로 26.6백만 톤 CO2eq 수준으로 이중 약 27%(7.3백만 톤 CO2eq)가 폐기물 매립지에서 유출된다. 국내에서는 230개소의 매립지 중 17개의 시설에서만 매립 가스 자원화 시설이 운영되고 있으며, 발생하는 메탄의 약 29% 만이 에너지원으로서 자원화되고 있다. 또한, 현재 중・소규모의 매립지에서의 메탄은 저농도로 발생하기 때문에 일반적으로 대기 중에 무분별하게 방출되고 있는 현실이다. 국내에서 사용하고 있는 규모별 메탄가스의 처리기술은 바이오 가스발전, 연소처리, 메탄 산화 등이 있으며, 경제성을 비교하였을 시 매립지 규모에 상관없는 생물학적 산화기술이 연소처리보다 저비용으로 메탄을 처리할 수 있다. 위와 같이 현재 생물학적 산화 기술의 필요성이 확대되는 반면에 호기성 메탄산화균의 군집분포 특성에 관한 세부적인 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 매립토에 함유되어있는 메탄산화균에 의한 메탄산화속도를 GC를 통해 비교 측정하여 그 중 산화 속도가 가장 우수한 토양을 선정하여 16s rRNA 염기서열 분석법을 통해 형성되어 있는 미생물의 군집을 분석함으로써 추후 메탄산화균의 기초자료가 될 수 있을 것으로 기대된다.

국내 매립지 토양의 메탄산화균 군집분포 특성 비교분석에 관한 연구

윤수철 ( Su-chul Yoon ),이진수 ( Jin-soo Lee ),김상민 ( Sang-min Kim ),이남훈 ( Nam-hoon Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

메탄은 산업혁명 이후 중요한 온실가스로서 이슈화되고 있으며, 온실가스에 의한 지구온난화 중 20%가 메탄에 의해서 발생하고 있다. 이에 따라 기후 변화와 관련된 전 지구적 위험을 평가하고 대책을 마련하기 위하여 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)에서는 메탄에 대한 배출량을 감축시키기 위한 국제적인 노력을 기울고 있다. 특히 매립지에서 발생하는 메탄을 처리하기 위해서 국내에서는 바이오가스발전, 연소처리, 메탄 산화 등의 기술을 적용하고 있지만, 실질적으로 발생하는 메탄의 약 29%만이 처리되고 있는 상황이며, 이에 메탄처리 효율을 높일 수 있는 기술이 필요한 실정이다. 따라서 최근에는 자원으로 회수가 어려운 저농도로 발생하는 메탄을 제거하는 처리 방안으로서 메탄을 분해하는 미생물을 이용한 생물학적 산화 기술에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 비교적 경제적인 기술로 메탄을 처리할 수 있고, 매립지의 규모에 상관없이 적용할 수 있다는 큰 장점이 있다. 위와 같이 현재 생물학적 산화 기술 연구에 대한 필요성이 확대되는 반면에 현장적용의 기초자료로서 확보되어야 할 국내 매립지들의 호기성 메탄산화균의 군집분포에 대한 현황 및 특성에 관한 세부적인 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 선정한 2개의 매립지(C 매립지, S 매립지)에서 채취한 매립토에 분포되어있는 메탄산화균을 분리 배양한 후 16S rRNA 염기서열 분석법을 통하여 군집을 분석하고 특성을 비교함으로써 추후 메탄산화균을 활용한 기술 적용의 기초자료가 될 수 있을 것으로 기대된다. 사사: 이 논문은 환경부의 “글로벌 탑 환경기술개발사업” 중 “Non-CO₂ 온실가스 저감기술개발 사업단” (과제번호 :2017002410008)에서 지원받았으며 이에 감사드립니다.

커피잔재물 개질 활성탄과 복토 토양의 혼합비율에 따른 메탄 저감 평가

김란희 ( Ran-hui Kim ),박진규 ( Jin-kyu Park ),윤수철 ( Su-chul Yoon ),이남훈 ( Nam-hoon Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

폐기물 매립지는 폐기물 분야에서 배출되는 온실가스 양의 47.5%를 차지하고 있어, 매립지에서의 메탄 저감을 위해 매립가스 자원화가 대표적으로 활용되고 있다. 그러나 대규모 매립지를 제외한 중·소규모의 매립지에서는 매립가스의 회수 및 이용이 어려워 대부분의 메탄이 대기 중으로 배출되고 있는 실정이다. 이에 중·소규모 매립지들을 대상으로 비교적 경제적이며, 저농도의 메탄을 처리할 수 있는 생물학적 메탄산화 기술이 연구되고 있다. 생물학적 메탄산화 기술은 호기성 조건에서 메탄산화세균을 이용하여 메탄을 산화하는 것으로 메탄산화세균의 성장 및 활성을 위한 다양한 담체를 개발하고자 하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 생물학적 메탄산화효율을 향상시키기 위한 최적 담체의 조건은 넓은 비표면적과 메탄가스의 균일한 확산을 위해 다공성 물질이어야 하기에 최근에는 탄소계 물질을 개질하여 메탄 흡착이 가능한 활성탄을 이용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 탄소계 물질 중 커피잔재물을 개질한 활성탄을 이용하여 매립지 복토층 표면을 통해 대기 중으로 방출하는 메탄을 흡착반응과 담체로써의 메탄 산화반응에 의한 메탄저감을 평가하고자 하였으며, 매립지 복토 토양과 개질한 활성탄의 혼합비율을 다르게 하여 메탄저감효율의 차이를 비교·분석하고자 하였다. 본 연구에서는 커피잔재물을 0.7M KOH를 사용하여 활성탄으로 개질한 후, 매립지 복토 토양와 활성탄의 혼합비율에 따른 메탄저감능력을 평가하고자 하였다. 커피잔재물 개질한 활성탄의 물리적 특성으로 원소분석, WHC, TOC, 겉보기밀도, pH를 분석하였다. 메탄저감을 평가하기 위해 총 10g의 활성탄과 매립토에 대한 혼합비율을 1:9(Case 1), 2:8(Case 2), 3:7(Case 3), 4:6(Case 4), 5:5(Case 5)로 설정하여 110ml 세럼병에 비율별로 섞어서 주입한다. 메탄을 20% 주입하여 밀봉한 뒤 1일 1회 세럼병 내부 가스 농도를 Gas Chromatography로 측정한다. 메탄 20%를 주입하여 7일간 실험을 진행한 결과, 메탄저감율은 Case 1, Case 2, Case 3의 경우는 15%로 동일하게 나타났으며, Case 4는 16%로 가장 높은 메탄 저감율을 보였으며, Case 5는 6%로 가장 낮은 저감율을 보였다. 메탄산화속도는 Case 1, Case 2, Case 3의 경우 13.4 mmol/g·day로 나타났으며, Case 4는 14.3 mmol/g·day, Case 5는 5.4 mmol/g·day로 나타났다.

메탄산화균의 메탄 산화속도에 미치는 암모니아의 영향

이수연,류희욱,조경숙 한국냄새환경학회 2012 실내환경 및 냄새 학회지 Vol.11 No.1

Rhizosphere and non-rhizosphere soils were sampled from landfill area, riparian wetland, and rice paddy. The consortia were obtained by methane enrichment culture using the soils. The effects of ammonia on methane oxidation in the consortia were evaluated. Compared with methane oxidation rates without ammonia, the rates with ammonia of 1mg-N/bottle were similar or slightly lower. However, their methane oxidation rates were significantly reduced with 2~4mg-N ammonia/bottles. The effect of ammonia on the methanotrophic abundance was estimated by using a quantitative real-time PCR method targeting particulate methane monooxygenase gene. Ammonia didn’t negatively influence on the methanotrophic abundance although it inhibited the methane oxidation activity by methanotrophs. 매립지, 습지 및 논으로부터 근권 및 비근권 토양을 채취하여 메탄으로 농화 배양한 후, 농화배양액의 메탄 산화에 미치는 암모니아 농도의 영향을 정량적으로 분석하였다. 순수 메탄만을 첨가한 조건에서의 메탄 산화속도와비교하여, 암모니아 첨가량이 1mg-N/bottle까지는 메탄 산화속도는 거의 유사하거나 약간 감소하는 경향을 보였다. 그러나, 암모니아 첨가량이 2~4mg-N/bottles인 조건에서는 메탄 산화속도가 급격하게 감소하였다. Particulate methane monooxygenase gene을 이용한 quantitative real-time PCR 기법을 활용하여 메탄산화균에 미치는 암모니아 영향을 정량적으로 분석한 결과, 메탄산화균의 군집 밀도는 암모니아 첨가에 의해 감소되지 않았다.

메탄올탈수소효소 저해시 메탄산화에 의한 메탄올 전환생성 특성

유연선(Yeon Sun Yoo),한지선(Ji Sun Han),안창민(Chang Min Ahn),민동희(Dong Hee Min),모우종(Woo Jong Mo),윤순욱(Soon Uk Yoon),이종규(Jong Gyu Lee),이종연(Jong Yeon Lee),김창균(Chang Gyun Kim) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.9

본 연구에서는 메탄의 생물학적 메탄올 전환에 관한 연구를 수행하였다. 바이오가스 중의 메탄은 메탄산화균의 methane monooxygenase (MMO)의 생물학적 촉매반응에 의해 산화되었으며, 인산염, NaCl, NH₄Cl, EDTA와 같은 methanol dehydrogenase(MDH)의 활성 저해제를 이용하여 MDH의 활성도를 저해함으로써 메탄올의 전환이 이루어졌다. 메탄산화균은 35℃, pH 7, 인공 바이오가스(CH₄ 50%, CO₂ 50%) / Air의 부피비가 0.4인 조건에서 메탄 산화 정도가 0.56 mmol로 최대로 나타났다. 인산염40 mM, NaCl 50 mM, NH₄Cl 40 mM, EDTA 150 μm 이하일 때 저해제의 종류에 상관없이 메탄 산화율은 80% 이상을 달성하였다. 한편, 인산염 40 mM, NaCl 100 mM, NH₄Cl 40 mM, EDTA 50 μm 주입 시 각각 1.30, 0.67, 0.74, 1.30 mmol의 메탄이 산화되는 동시에 각각 0.71, 0.60, 0.66, 0.66 mmol의 메탄올이 최대로 생성되었다. 이때의 메탄올 전환율은 각각 54.7, 89.9, 89.6 및 47.8%였으며 최대 메탄올 생성 속도는 7.4 μmol/mg·h였다. 이로부터 대상 저해제로 MDH 활성도를 일반적으로 35% 저해 시에메탄올 생산량이 최대인 89.9%까지 나타남을 알 수 있었다. This study was conducted to biologically convert methane into methanol. Methane contained in biogas was bio-catalytically oxidized by methane monooxygenase (MMO) of methanotrophs, while methanol conversion was observed by inhibiting methanol dehydrogenase (MDH) using MDH activity inhibitors such as phosphate, NaCl, NH₄Cl, and EDTA. The degree of methane oxidation by methanotrophs was the most highly accomplished as 0.56 mmol for the condition at 35℃ and pH 7 under 0.4 (v/v%) of biogas (CH₄ 50%, CO₂ 50%) / Air ratio. By the inhibition of 40 mM of phosphate, 50 mM of NaCl, 40 mM of NH₄Cl and 150 μm of EDTA, methane oxidation rate could achieve more than 80% regardless of type of inhibitors. In the meantime, addition of 40 mM of phosphate, 100 mM of NaCl, 40 mM of NH₄Cl and 50 μm of EDTA each led to generating the highest amount of methanol, i.e, 0.71, 0.60, 0.66, and 0.66 mmol when 1.3, 0.67, 0.74, and 1.3 mmol of methane was each concurrently consumed. At that time, methanol conversion rate was 54.7, 89.9, 89.6, and 47.8% respectively, and maximum methanol production rate was 7.4 μmol/mg·h. From this, it was decided that the methanol production could be maximized as 89.9% when MDH activity was specifically inhibited into the typical level of 35% for the inhibitor of concern.