초록 ▼

① 100 L 규모의 분리막 혐기 생물 발효장치(전처리-혐기발효-분리막 모듈-수소생산 가시화)를 개발하였다.
② 두부제조폐기물/하수슬러지/인공폐수를 적용하여 수소생산성 15 L $H_2$/L day를 확보하여 장기운전의 안정화 및 가시화(연료전지)를 이뤘다.
③ 하단부가 V자 이고 down-stream형인 분리막 반응조는 40nm의 공극을 가진 PVDF 중공사막의 분리막 설치와 MBR반응기의 반복적 세척을 통해 31일까지 반응기 운전 가능하였다.
④ 두부제조 폐기물은 1:4 비율로 물에 희

① 100 L 규모의 분리막 혐기 생물 발효장치(전처리-혐기발효-분리막 모듈-수소생산 가시화)를 개발하였다.
② 두부제조폐기물/하수슬러지/인공폐수를 적용하여 수소생산성 15 L $H_2$/L day를 확보하여 장기운전의 안정화 및 가시화(연료전지)를 이뤘다.
③ 하단부가 V자 이고 down-stream형인 분리막 반응조는 40nm의 공극을 가진 PVDF 중공사막의 분리막 설치와 MBR반응기의 반복적 세척을 통해 31일까지 반응기 운전 가능하였다.
④ 두부제조 폐기물은 1:4 비율로 물에 희석한 후 0.5% HCl, 110℃, 30분 전처리로 가용화 하여 60% 이상의 효율을 나타냈으며 성분은 10.4～12.5 g/L 탄수화물 이었다.
⑤ 하수 소화슬러지는 두부제조 폐기물과 병합하였을 때 수소 생산성을 향상시켰으며 최적 혼합비는 20%(v/v)로 최대수소생산속도 12.0 L $H_2$/L day, 수율 2.3 mol $H_2$/mol glucose equvalent로 이는 다른 유기성폐기물 연구와 비교해 월등한 결과이다.
⑥ Thiocapsa roseopersicina로 부터의 수소생산 정제효율은 ($NH_4$)2$SO_4 $침전 및 열처리 조건 개선을 통하여 1단계 결과보다 9.6배 증가시켰으며 specific activity는 7.84 μmol $H_2$/mg protein 이었다.
⑦ 생체모방시스템을 이용한 유기물/물로부터의 수소/전기생산이 탄소전극, 나노탄소전극, 유기물분해 세균(음극), 광합성기구(음극), 수소생산효소(양극)을 이용한 two-chamber 시스템을 개발하였다.
⑧ Two-chamber 시스템을 이용해서 전기(20-73 mW/$m^2$, coulombic efficiency 41-84%)와 수소(0.16 μmol $H_2$/min/mg-protein=215 L $H_2$/kg-protein/hr)를 생산하였다.
⑨ 이온성 액체를 이용하여 셀룰로즈계 물질 전처리 및 호열성 세균 이용 수소생산(3.4 mol $H_2$/mol glucose, 2.70 mmol $H_2$/g straw)을 하였다.
⑩ 주/야간 수소생산 유전자 개량 광합성 세균을 확보(4 mol $H_2$/mol glucose)하였다.
⑪ 국내 토착 광합성 세균 유전자 지도 완성 및 정보 등록(NCIB)하고 SCI 및 국내 논문, 특허(국내, 국외PCT) 목표 달성 하였다.

Abstract ▼

$\square$ Fermentative $H_2 production
$\cdot$ Optimization of membrane bioreactor(MBR) factors(synthetic media in lab. scale)
$\cdot$ High cell density cultivation
$\cdot$ Development of 100 L-scale anaerobic fermentor
$\cdot$<

$\square$ Fermentative $H_2 production
$\cdot$ Optimization of membrane bioreactor(MBR) factors(synthetic media in lab. scale)
$\cdot$ High cell density cultivation
$\cdot$ Development of 100 L-scale anaerobic fermentor
$\cdot$ Continuous operation of MBR(system optimization and long-term stability)
$\square$ Pretreatment of organic wastes
$\cdot$ Development of pretreatment procedures for maximum solubility
$\cdot$ $H_2 production using pretreatment organic wastes
$\cdot$ Effect of single/complex substrates on $H_2 production
$\cdot$ Scale-up of pretreatment equipment
$\square$ Genome sequencing and improvement of Rhodobacter sphaeroides KD 131
$\cdot$ Completion of genome sequencing and annotation
$\cdot$ Introduction of foreign hydrogenase to R. sphaeroides KD 131
$\cdot$ Expression of Fe-hydrogenase complex to R. sphaeroides KD 131
$\cdot$ Development of light independent mutant
$\square$ $H_2 production using hyperthermophillic bacteria
$\cdot$ Characterization of growth factors and $H_2 production (temperature, pH, anaerobic condition, culture media)
$\cdot$ Studies on lignocellulosic waste degradation
$\cdot$ Optimization of $H_2 fermentation factors
$\square$ $H_2 production using bio-mimetic system
$\cdot$ Extraction of photosystem from spnich and synechosystis
$\cdot$ Study on artificial photosensitizer(porphyrins, phthalocyanine)
$\cdot$ Improvement of electron extraction from water/organic substances(electrode material/area/distance electron carrier, etc.)
$\cdot$ System integration factors for $H_2 production
$\square$ Improvement of hydrogen purification procedures from Thiocapsa roseopersicina
$\cdot$ $(NH_4)_2SO_4 precipitation
$\cdot$ Heat treatment
$\cdot$ Column chromatography

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 13
• 목차 ... 15
• 제1장 연구개발 연구개발과제의 개요 ... 17
• 제1절 연구의 필요성 및 목적 ... 17
• 제2절 기술의 종류 및 범위 ... 21
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 25
• 제1절 국외 연구 현황 ... 25
• 제2절 국내 연구 현황 ... 28
• 제3절 본 연구결과의 국내외 기술현황 비교분석 ... 30
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 33
• 제1절 혐기 발효에 의한 수소생산 ... 33
• 제2절 생체모방시스템에 의한 수소생산 ... 94
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 173
• 제1절 연구개발 목표의 달성도 ... 173
• 제2절 관련 분야 기술발전에의 기여도 ... 177
• 제5장 연구개발 결과의 활용계획 ... 180
• 제1절 추가연구의 필요성 ... 180
• 제2절 타 기술에의 응용 ... 180
• 제3절 기업화 추진 방향 ... 181
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 182
• 제7장 참고문헌 ... 184