초고온성 고세균 Thermococcus onnurineus NA1은 제철소 부생가스등에 포함된 일산화탄소와 물로부터 생물학적 수성가스 전이반응을 통하여 청정에너지원인 수소의 생산이 가능하다. 미생물의 의한 수성가스 전이는 온화한 조건에서 이루어져 에너지 비용이 낮고, 분진 및 황산화물 등의 촉매 피독 물질에 강건하며 산성 가스나 암모니아 등에 저항성이 높아 가스 세정 비용을 줄일 수 있는 장점이 존재하여 금속 촉매 기반 공정에 친환경적 대안이 될 수 있다. 그러나 공정의 상업화를 위해서는 일산화탄소 용존 농도 등의 배양조건의 ...
초고온성 고세균 Thermococcus onnurineus NA1은 제철소 부생가스등에 포함된 일산화탄소와 물로부터 생물학적 수성가스 전이반응을 통하여 청정에너지원인 수소의 생산이 가능하다. 미생물의 의한 수성가스 전이는 온화한 조건에서 이루어져 에너지 비용이 낮고, 분진 및 황산화물 등의 촉매 피독 물질에 강건하며 산성 가스나 암모니아 등에 저항성이 높아 가스 세정 비용을 줄일 수 있는 장점이 존재하여 금속 촉매 기반 공정에 친환경적 대안이 될 수 있다. 그러나 공정의 상업화를 위해서는 일산화탄소 용존 농도 등의 배양조건의 최적화가 필요하다. 또한 미생물 배양의 특성 상 반응이 수용액 상에서 진행되는데, 일산화탄소의 용해도가 매우 낮아 기-액간 물질전달이 수소생산의 효율을 좌우하게 된다. 본 논문에서는 통기-교반형 생물반응기 운전조건에 따른 물질 전달이 T. onnurineus NA1의 생물학적 수성가스 전이에 의한 수소생산에 미치는 영향에 대해 조사하고, 반응기 동력요구량(Pg),생물반응기의 부피(VR),일산화탄소 공탑가스 방출속도(vs),일산화탄소 물질전달속도계수 (kLa)간의 실험적 관계식을 수립하였다. 또한 배양액 용존 일산화탄소 농도를 정밀히 유지하기 위한 2단 배양시스템을 구축하고, 배양액 내 일산화탄소 용존 농도를 달리 하여 T. onnurineus NA1의 수성가스 전이 반응을 실시하고 수소생산속도에 미치는 영향을 살펴보았다. 일산화탄소 물질전달효율이 증가하면서, T. onnurineus NA1의 수소생산속도가 증가하였다. 일산화탄소 용존 농도에 따라서는 수소생산속도는 선형적으로 비례하였으나, 초기 수소의 비 생산속도가 달라져 최적 값이 존재하는 것으로 나타나 T. onnurineus NA1의 수소생산이 기질 저해 양상을 보임을 관찰할 수 있었다.
초고온성 고세균 Thermococcus onnurineus NA1은 제철소 부생가스등에 포함된 일산화탄소와 물로부터 생물학적 수성가스 전이반응을 통하여 청정에너지원인 수소의 생산이 가능하다. 미생물의 의한 수성가스 전이는 온화한 조건에서 이루어져 에너지 비용이 낮고, 분진 및 황산화물 등의 촉매 피독 물질에 강건하며 산성 가스나 암모니아 등에 저항성이 높아 가스 세정 비용을 줄일 수 있는 장점이 존재하여 금속 촉매 기반 공정에 친환경적 대안이 될 수 있다. 그러나 공정의 상업화를 위해서는 일산화탄소 용존 농도 등의 배양조건의 최적화가 필요하다. 또한 미생물 배양의 특성 상 반응이 수용액 상에서 진행되는데, 일산화탄소의 용해도가 매우 낮아 기-액간 물질전달이 수소생산의 효율을 좌우하게 된다. 본 논문에서는 통기-교반형 생물반응기 운전조건에 따른 물질 전달이 T. onnurineus NA1의 생물학적 수성가스 전이에 의한 수소생산에 미치는 영향에 대해 조사하고, 반응기 동력요구량(Pg),생물반응기의 부피(VR),일산화탄소 공탑가스 방출속도(vs),일산화탄소 물질전달속도계수 (kLa)간의 실험적 관계식을 수립하였다. 또한 배양액 용존 일산화탄소 농도를 정밀히 유지하기 위한 2단 배양시스템을 구축하고, 배양액 내 일산화탄소 용존 농도를 달리 하여 T. onnurineus NA1의 수성가스 전이 반응을 실시하고 수소생산속도에 미치는 영향을 살펴보았다. 일산화탄소 물질전달효율이 증가하면서, T. onnurineus NA1의 수소생산속도가 증가하였다. 일산화탄소 용존 농도에 따라서는 수소생산속도는 선형적으로 비례하였으나, 초기 수소의 비 생산속도가 달라져 최적 값이 존재하는 것으로 나타나 T. onnurineus NA1의 수소생산이 기질 저해 양상을 보임을 관찰할 수 있었다.
A hyperthermophilic archaon, Thermococcus onnurineus NA1 is able to produce an hydrogen via microbial water gas shift reaction from carbon monoxide which included in synthetic gas or by-product gas of steel industry with water. Because of hydrogen production by T.onnurineus NA1 carried out under amb...
A hyperthermophilic archaon, Thermococcus onnurineus NA1 is able to produce an hydrogen via microbial water gas shift reaction from carbon monoxide which included in synthetic gas or by-product gas of steel industry with water. Because of hydrogen production by T.onnurineus NA1 carried out under ambient temperature without steam and has resistance to acid-gas and ammonia, A microbial water gas shift by T.onnurineus NA1 has less energy cost. Moreover T.onnurineus NA1 has a robustness for sulfur and dust. Due to the above mentioned reasons, biocatalyst like T.onnurineus NA1 might be an alternative method of conventional metal catalysts. H2 production by T.onnurineus NA1 is carried out at aqueous-phase. thus hydrogen productivity of T.onnurineus NA1 depend on the mass transfer of CO at Gas-Liquid interface and the CO uptake rate of T.onnurineus NA1. therefore considering a commercialization, it is necessary to study a CO mass transfer and to optimize a dissolved CO concentration in media. In this study the effect of CO mass transfer which adjusted by controlling an agitation and aeration rate in Stirred Tank Bio Reactor is investigated and Empirical relationship of Gassed Power consumption(Pg), Working volume(VR), Superficial gas velocity(vs) and Mass transfer coefficient(kLa) is investigated. An effect of Dissolved CO concentration also investigated. To maintain a Dissolved CO concentration accurately, 2-stage reactor system was constructed. The performance of H2 production by T.onnurineus NA1 strongly depend on enhanced kLa by controlling an agitation and aeration rate. The result of an Effect of dissolved CO concentration shows that the growth of T.onnurineus NA1 follows Substrate inhibition kinetics.
A hyperthermophilic archaon, Thermococcus onnurineus NA1 is able to produce an hydrogen via microbial water gas shift reaction from carbon monoxide which included in synthetic gas or by-product gas of steel industry with water. Because of hydrogen production by T.onnurineus NA1 carried out under ambient temperature without steam and has resistance to acid-gas and ammonia, A microbial water gas shift by T.onnurineus NA1 has less energy cost. Moreover T.onnurineus NA1 has a robustness for sulfur and dust. Due to the above mentioned reasons, biocatalyst like T.onnurineus NA1 might be an alternative method of conventional metal catalysts. H2 production by T.onnurineus NA1 is carried out at aqueous-phase. thus hydrogen productivity of T.onnurineus NA1 depend on the mass transfer of CO at Gas-Liquid interface and the CO uptake rate of T.onnurineus NA1. therefore considering a commercialization, it is necessary to study a CO mass transfer and to optimize a dissolved CO concentration in media. In this study the effect of CO mass transfer which adjusted by controlling an agitation and aeration rate in Stirred Tank Bio Reactor is investigated and Empirical relationship of Gassed Power consumption(Pg), Working volume(VR), Superficial gas velocity(vs) and Mass transfer coefficient(kLa) is investigated. An effect of Dissolved CO concentration also investigated. To maintain a Dissolved CO concentration accurately, 2-stage reactor system was constructed. The performance of H2 production by T.onnurineus NA1 strongly depend on enhanced kLa by controlling an agitation and aeration rate. The result of an Effect of dissolved CO concentration shows that the growth of T.onnurineus NA1 follows Substrate inhibition kinetics.
주제어
#생물학적 수소생산 초 고온성 고세균 Thermococcus onnurineus NA1 제철소 부생가스 활용 일산화탄소 물질전달효율 통기-교반형 생물반응기 기질저해 biological H2 production hyperthermophilic archaon Thermococcus onnurineus NA1 by-product gas in steel industry CO mass transfer substrate inhibition stirred tank bio reactor
학위논문 정보
저자
정희석
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
환경공학과
지도교수
나정걸,노현석
발행연도
2016
총페이지
v, 53장
키워드
생물학적 수소생산 초 고온성 고세균 Thermococcus onnurineus NA1 제철소 부생가스 활용 일산화탄소 물질전달효율 통기-교반형 생물반응기 기질저해 biological H2 production hyperthermophilic archaon Thermococcus onnurineus NA1 by-product gas in steel industry CO mass transfer substrate inhibition stirred tank bio reactor
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