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- 저자 : 유재철(Yu, Jaecheul) (검색결과 65 건)
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침지 및 직립 평판형 MFC 스택에서 전극연결 방식에 따른 전기발생량 비교
유재철,박영현,이태호,Yu, Jaecheul,Park, Younghyun,Lee, Taeho 한국전력공사 2016 KEPCO Journal on electric power and energy Vol.2 No.4
Microbial fuel cell (MFC) can produce electricity from oxidation-reduction of organic and inorganic matters by electrochemically active bacteria as catalyst. Stacked MFCs have been investigated for overcoming low electricity generation of single MFC. In this study, two-typed stacked-MFCs (submerged-flat and stand-falt) were operated according to electrode connection for optimal stacked technology of MFC. In case of submerged-flat MFC with all separator electrode assembly (SEA) sharing anode chamber, MFC with mixed-connection showed more voltage loss than MFC with single-connection method. And MFC stacked in parallel showed better voltage production than MFC stacked in series. In case of stand-flat MFC, voltage loss was bigger when SEAs sharing anodic chamber only were connected in series. Voltage loss was decreased when SEAs parallel connected SEAs sharing anodic chamber were connected in series. 미생물연료전지(Microbial Fuel Cell; MFC)는 전기화학활성미생물로 불리는 미생물을 촉매로 이용하여, 유/무기물의 산화환원 반응을 통해서 전기에너지를 생산할 수 있는 장치이다. 단일 MFC에서 발생하는 낮은 전기생산량을 극복하기 위해, 다수의 형태의 MFC를 직렬 또는 병렬로 연결하는 방법이 연구되고 있다. 본 연구에서는 6개의 단위 막전극접합체(Separator Electrode Assembly; SEA)로 구성된 침지평판형과 직립평판형 MFC 스택을 운전하였다. 단위 MFC와 MFC 스택의 전기발생량을 비교하였으며, 이를 통해서 MFC의 최적 스택기술을 확보하기 위한 기초자료로 활용하고자 하였다. 모든 SEA가 산화전극부를 공유하고 있는 침지평판형 MFC의 경우, 직렬과 병렬을 함께 사용할 경우, 단일 연결 방식을 사용하는 것보다 전압의 손실이 더 크게 나타났으며, 단일 연결방법 중 병렬연결 하는 것이 손실을 최소화 할 수 있는 것으로 나타났다. 직립평판형 MFC의 경우, 산화전극부를 공유하고 있는 SEA만 직렬 연결할 경우에는 전압의 손실이 크게 나타났으며, 산화전극부를 공유하고 있는 SEA간에 병렬 연결 후, 병렬 연결된 SEA를 직렬연결하는 방식이 전압의 손실을 최소화 할 수 있을 것으로 나타났다.
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생물전기화학시스템을 이용한 염화에틸렌의 생물학적 탈염소화
유재철(Jae Cheul Yu),박영현(Young Hyun Park),선지윤(Ji Yun Seon),홍성숙(Seong Suk Hong),조순자(Sun Ja Cho),이태호(Tae Ho Lee) 大韓環境工學會 2012 대한환경공학회지 Vol.34 No.5
산업용제로 널리 이용되고 있는 PCE (Perchloroethylene)나 TCE (Trichloroethylene)와 같은 염화에틸렌화합물은 안정된 세정력을 가지고 있어 널리 이용되고 있지만 무분별한 사용과 부주의한 취급으로 인해 최근 토양 및 지하수 오염지역이 늘어나고 있다. 본 연구에서는 퇴적토, 슬러지, 토양, 지하수 등 다양한 지역에서 총 10개의 시료를 식종원으로 이용하여 생물학적 PCE 탈염소화 가능성을 평가하고, 가장 우수한 탈염소화 능력을 보인 낙동강 퇴적토 시료를 대상으로 PCE를 에틸렌까지 안정적으로 탈염소화 가능한 혼합미생물을 농화배양하였다. 농화배양된 탈염소화 미생물을 생물전기화학시스템(Bioelectrochemical System, BES)의 환원부에 식종하여 전극을 전자공급원으로 이용한 탈염소화 가능성을 평가한 결과, PCE가 TCE, cis-dichloroethylene, vinyl chloride를 거쳐 최종산물인 에틸렌으로 탈염소화됨을 확인할 수 있었다. Polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE)를 이용한 미생물군집 분석결과, 농화배양액에서 구축된 탈염소 미생물 군집과 BES 환원전극부내 미생물 군집 구조는 다르게 나타났으며, 전기화학적 활성을 지닌 다양한 미생물이 존재함을 확인할 수 있었다. BES 환원전극부에서 부유성장하는 미생물과 전극에 생물막을 형성하는 미생물 군집구조에도 큰 차이가 있었으며, 이는 탈염소화 메커니즘의 차이에 기인하는 것으로 판단된다. 추가적인 연구를 통해서 자세한 생물전기화학적 탈염소화 메커니즘을 밝혀낸다면 생물전기화학적 탈염소화 기술은 염화에틸렌 오염 토양/지하수의 획기적인 생물정화기술로 자리잡게 될 것이다. Chlorinated ethylenes such as perchloroethylene (PCE) and trichloroethylene (TCE) are widely used as industrial solvents and degreasing agents. Because of improper handling, these highly toxic chlorinated ethylenes have been often detected from ontaminated soils and groundwater. Biological PCE dechlorination activities were tested in bacterial cultures inoculated with 10 different environmental samples from sediments, sludges, soils, and groundwater. Of these, the sediment using culture (SE 2) was selected and used for establishing an efficient PCE dechlorinating enrichment culture since it showed the highest activity of dechlorination. The cathode chamber of bioelectrochemical system (BES) was inoculated with the enrichment culture and the system with a cathode polarized at -500 mV (Vs Ag/AgCl) was operated under fed-batch mode. PCE was dechlorinated to ethylene via TCE, cis-dichloroethylene, and vinyl chloride. Microbial community analysis with polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) showed that the microbial community in the enrichment culture was significantly changed during the bio-electrochemical PCE dechlorination in the BES. The communities of suspended-growth bacteria and attached-growth bacteria on the cathode surface are also quite different from each other, indicating that there were some differences in their mechanisms receiving electrons from electrode for PCE dechlorination. Further detailed research to investigate electron transfer mechanism would make the bio-elctrochemical dechlorination technique greatly useful for bioremediation of soil and groundwater contaminated with chlorinated ethylenes.
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전산유체해석을 활용한 미생물연료전지 산화전극부 유동해석
유재철 ( Jae-cheul Yu ),김홍석 ( Hong-suck Kim ),김병군 ( Byung-goon Kim ),김지연 ( Ji-yeon Kim ) 한국환경기술학회 2012 한국환경기술학회지 Vol.13 No.4
다양한 조건을 대상으로 직접 실험을 통해 최적화된 미생물연료전지(Microbial Fuel Cell; MFC)구조를 결정하고, 설계하기 위해서는 많은 시간과 노력이 소요된다. 따라서, 본 연구에서는 전산유체해석(Computational Fluid Dynamics; CFD)을 이용하여, 다양한 내부구조에 따른 산화전극부내 유동해석을 실시하였다. HRT 2시간 조건으로 전산 모사한 결과, 실험실 조건에서는 L4의 사공간 비율(16.8%)이 상대적으로 낮게 나타났으나, 파일럿 조건에서는 P1의 사공간 비율(39%)이 상대적으로 낮게 나타났다. 격막의 구조를 달리하여, 개수를 증가한 MP1(격막의 개수 18개)의 사공간 비율(20%)이 가장 적은 것으로(80%) 나타났다. 하지만, CFD 결과만으로 최적의 구조를 선정하는 것에는 한계가 있다. 따라서, 추가적인 연구를 통해서, 신뢰성 있는 자료를 확보한다면, 향후, MFC 설계 기초 자료로서 활용할 수 있을 것으로 기대된다. It is required a lot of time and effort to decide and design a optimum microbial fuel cell (MFC) configuration through various experiments. In this study, Fluid performance in anodic compartment was analyzed by computational fluid dynamics. At HRT of 2 h, L4 showed lower the ratio of dead space (16.8%) than the ratio of other configurations in lab-scale. However, P1 showed lower the ratio of dead space (39%) than the ratio of other configurations (53-81 %) in pilot-scale. MP1 with a different type of baffle (18 baffles) showed the lowest dead space of 2%. However, it is limited to select the MFC configuration with only CFD analysis. Thus, it would be used as fundamental data for MFC design, if we get relevant information through further studies.
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식물-미생물전기화학 기반의 미활용 에너지 회수 기초 연구
유재철 ( Jaecheul Yu ),신춘환 ( Choon Hwan Shin ) 한국환경과학회 2019 한국환경과학회지 Vol.28 No.2
In this study, we evaluated the energy production from plant-microbial fuel cells using representative indoor plants, such as Scindapsus aureus and Clatha minor. The maximum power density of microbial fuel cell (MFC) using S. aureus (3.36 mW/㎡) was about 2 times higher than that of the MFC using C. minor (1.43 mW/㎡). It was confirmed that energy recovery is possible using plant-MFCs without fuel. However, further research is needed to improve the performance of plant-MFCs. Nevertheless, plant-MFCs have proved their potential as a novel energy source to overcome the limitations of the conventional renewable energy sources such as wind power and solar cells, and could be employed to a power source for the sensor in charge of the fourth industrial revolution.
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폐기물매립장 침출수내 미생물군집 구조 해석을 위한 T-RFLP의 활용
유재철(Jae Cheul Yu),Tomonori Ishigaki,Yoichi Kamagata,이태호(Tae Ho Lee) 大韓環境工學會 2010 대한환경공학회지 Vol.32 No.4
폐기물매립장의 안정화에는 미생물이 중요한 역할을 수행한다. 폐기물매립장에서 미생물군집 변화 모니터링에 말단 제한절편다형성(Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism; T-RFLP)법의 활용 가능성을 평가하고자 박테리아의 16S rDNA 서열에 기초한 T-RFLP법으로 4개의 폐기물매립장 내부에서 채취한 침출수의 미생물군집 구조를 조사하였다. T-RFLP법을 사용하여 해석한 침출수 내 우점 미생물군집 구조와 일반적으로 널리 사용되고 있는 16S rDNA 클론 해석법에 의한 우점 미생물군집구조는 유사하였다. 또한, T-RFLP법을 이용하여 폐기물매립장의 구조, 매립 폐기물 종류, 운영기간이 다른 폐기물매립장 침출수의 우점 미생물군집 구조가 서로 다르게 나타나는 것을 확인 할 수 있었다. 따라서 T-RFLP법을 사용하여 폐기물매립장 침출수내 미생물군집 구조를 장기적으로 모니터링 한다면 많은 비용과 시간이 소요되는 클론해석법의 반복적인 수행 없이도 비교적 간단하게 폐기물매립장의 안정화 정도를 평가할 수 있을 것으로 기대한다. Microorganisms are key-role player for stabilization of landfill sites. In order to evaluate the availability of T-RFLP(Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism) for monitoring microbial community variations during stabilization of landfill sites, the phylogenic diversity of microbial community in the leachate from 4 different full-scale landfills was characterized by T-RFLP based on bacterial 16S rDNA. Main population of microbial community analyzed by T-RFLP was significantly similar with that of microbial community analyzed by clone library analysis. The results of T-RFLP analysis for main population of microbial community in the leachate from landfills with different landfill structures, waste types and landfill ages showed apparently different microbial diversity and structures. Therefore, long-term monitoring of microbial community in leachate from landfill sites by using T-RFLP is expected to be available for evaluation of landfill stability.
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