암모니아 저해는 가축 분뇨 및 주방 폐기물과 같은 질소가 풍부한 유기 폐기물의 혐기성 발효 중에 종종 발생하여 메탄 생산 성능이 감소합니다. 중국 과학 아카데미 광저우 에너지 연구소의 바이오매스 생화학 전환 연구실은 암모니아 저해 메커니즘을 분석하기 위해 가스 생산 성능, 주요 메탄 생성 반응의 깁스 자유 에너지, 에너지 및 물질 흐름, 미생물 군집 계승 및 암모니아 농도가 단계적으로 증가하는 혐기성 발효 중 미생물 전자 전달 활동 측면에서 암모니아 저해 메커니즘을 밝혔습니다. 암모니아 농도가 증가함에 따라 메탄 생산이 감소하고 휘발성 지방산이 발효 시스템에 축적되고 프로피온산 및 부티르산 분해 메탄화 반응의 깁스 자유 에너지 변화가 증가하고 발효 원료에서 메탄으로의 에너지 흐름이 크게 감소하는 것으로 나타났습니다(그림 1).
또한, 산 생성 세균의 상대적 풍부도는 메탄 생성 세균보다 상당히 높았습니다. ATP 합성효소의 유전자 풍부도의 상당한 증가와 거대 분자 수송 관련 유전자의 풍부도의 증가는 전기화학적 기울기 ATP 생성 경로가 높은 암모니아 농도에서 약화되고 ATP 생성 경로가 세균 기질 수준의 인산화에 의해 향상되었음을 나타냅니다(그림 2). 산에서 메탄 생성으로의 과정과 관련된 전자 전달을 위한 유전자의 풍부도는 상당히 감소하여 미생물 간 전자 삽입의 효율성이 제한되었습니다. 이는 휘발성 지방산의 축적과 낮은 메탄 생산의 주요 원인이었습니다. 위의 결과를 바탕으로 높은 암모니아 농도가 유기 폐기물의 메탄화 동안 미생물 전자 전달 효율성을 주로 억제한다는 가설이 세워졌습니다. 따라서 발효 시스템에 전자를 보충하면 암모니아 억제를 완화하고 발효 효율성을 개선할 수 있는 잠재력이 있습니다.
연구 결과는 Chemical Engineering Journal에 Effect of ammonia on anaerobic digest: focused on energy flow and electron transfer라는 제목으로 게재되었습니다. 이 연구는 중국 과학 아카데미 청년 혁신 추진 위원회와 중국 국가 자연 과학 기금의 지원을 받았습니다.
