본 고에서는 온실가스 감축방안으로 배출 $CO_2$를 지하심부에 격리 저장시키는 지중 저장기술의 국내외 기술동향을 살펴보고 지반 및 암반공학적 관련기술로서 $CO_2$ 주입에 따른 대상지층의 역학적 안정성 및 누출경로 평가를 위한 열-수리-역학적 연계해석기술 및 적용사례, 기술개발요소를 소개하였다.
본 연구에서는 바이오가스 수증기 개질을 통한 합성가스 생산에 관해 연구했다. Ni-Al2O3 및 Ni-CeO2 촉매는 공침법으로 제조되었으며 침전제 주입 속도가 조절되었다. 온도에 따른 촉매 성능 테스트는 CH4:CO2:H2O = 1:0.67:3의 가스 조성비와 647,000 mL h-1 gcat-1의 공간속도에서 진행하였다. 침전제 주입 속도는 촉매 특성에 영향을 미쳤으며, 지지체 종류에 따라 결과를 보였다. 온도가 증가함에 따라 이산화탄소 개질 반응과 reverse water gas shift 반응이 일어났다. 수증기가 충분히 공급되는 조건에서는 침전제를 한 번에 투입하여 제조된 Ni-Al2O3 촉매가 높은 Ni 분산도에 기인하여 가장 우수한 성능을 보였다.
A synthetic gas reformed from hydrocarbon-based fuels consists of $H_2$, CO and $N_2$. Hydrogen contained in the synthetic gas is a very useful species in chemical processes, due to its wide flammability range and fast burning speed. The ESGI (Exhaust Synthetic Gas Injection) technology is developed to shorten the light-off time of three way catalysts through combustion of the synthetic gas in the exhaust manifold during the cold start period of SI engines. Before the ESGI technology is applied to the test engine, the authors set a test rig that consists of gas temperature and composition controllers, an exhaust pulse generator and an exhaust manifold with a visualization window, in order to optimize the point and conditions of injection of the synthetic gas. Through measuring burned gas temperatures and taking photographs of synthetic gas combustion at the outlet of the exhaust manifold, the authors tried to find the optimal injection point and conditions. Analysis of burned gas composition has been performed for various $O_2$ concentrations. As a result, when the synthetic gas is injected at the port outlet of the cylinder No. 4 and $O_2$ concentration exceeds 4%, combustion of the synthetic gas is strong and effective in the exhaust manifold.
Natural gas is one of the most promising alternatives to gasoline and diesel fuels because of its lower harmful emissions, including $CO_2$, and high thermal efficiency. In particular, natural gas is seen as an alternative fuel for heavy-duty Diesel Engines because of the lower resulting emissions of PM, $CO_2$ and $NO_x$. Almost all CNG vehicles use the PFI-type Engine. However, PFI-type CNG Engines have a lower brake horse power, because of reduced volumetric efficiency and lower burning speed. This is a result of gaseous charge and the time losses increase as compared with the DI-type. This study was conducted to investigate the effect of injection conditions (early injection mode, late injection mode) on the combustion phenomena and performances in the or CNG Engine. A DI Diesel Engine with the same specifications used in a previous study was modified to a DI CNG Engine, and injection pressure was constantly kept at 60bar by a two-stage pressure-reducing type regulator. In this study, excess air ratios were varied from 1.0 to the lean limit, at the load conditions 50% throttle open rate and 1700rpm. The combustion characteristics of the or CNG Engine - such as in-cylinder pressure, indicated thermal efficiency, cycle-by-cycle variation, combustion duration and emissions - were investigated. Through this method, it was possible to verify that the combustion duration, the lean limit and the emissions were improved by control of injection timing and the stratified mixture conditions. And combustion duration is affected by not only excess air ratio, injection timing and position of piston but gas flow condition.
주유동 기체의 물리적 특성이 초음속 이젝터 성능에 미치는 영향에 관한 연구를 수행하였다. 기체의 분자량과 정압 비열 변화에 따른 성능 변화에 관한 연구는 축대칭 환형 분사 초음속 이젝터를 사용하였다. 주유동 기체로는 공기, $CO_{2}$, Ar, $C_{3}H_{8}$, $CCl_{2}F_{2}$를 사용하였다. 주유동 기체의 분자량과 정압 비열이 증가함에 따라 일정 주유동 압력에 대한 부유동 압력은 증가하였고 이러한 경향은 몰비열이나 비열비의 형태로 통합되어 확인되었다.
For the development of low NO$_{x}$ gas burners aimed for absorption chiller/heater unit, three proto type burners of different capacity (265000, 498000, and 664000 kcal/h) have been manufactured through a combustion method of step-by-step air injection. In order to characterize the overall features of the flame and the properties of the emission gas, the temperature of the flame and the concentration of NO$_{x}$ and CO were determined. The main factors in the design of burners (the area of primary air injection, the diameter of secondary air injection hole, fuel nozzle diameter) were observed to increase linearly with the scale-up of burner capacity. The flame temperature profiles of the burners were observed to be almost similar, irrespective of their capacity. However, as their capacity increased, the flame temperature slightly increased and the hot region of the flames moved to ward the flame tip along with the expansion to the direction of radius. From the proto type units, the amount of their NO$_{x}$ emission was determined to be around 25 - 30 vppm(3% )$_{2}$) and the CO emission was less than 19 vppm (3% $O_{2}$).TEX>).
Kimchi is a refreshing sour food which gives sour and carbonic acid taste of carbon dioxide produced during the fermentation process. So, carbon dioxide injection was tried to raise carbonic acid taste of kimchi stored in the airtight container. First, carbon dioxide injection times of a given gas supply system were determined experimentally to attain initial concentration of 80% for different solid/liquid ratios. Since carbon dioxide is dissolved in kimchi to decrease its concentration during storage, periodical carbon dioxide injection conditions were needed and determined to keep the $CO_2$ concentration above 70%. For the initial flushing to 80% $CO_2$ concentration in model system filled with water, the injection time ranged from 40 to 89 seconds for free volumes of 2-8 L. $CO_2$ injection conditions for the under-ripened storage at $10^{\circ}C$ consisted of longer time at more frequent cycles for watery kimchi than for Chinese cabbage kimchi. At $0^{\circ}C$ of subsequent ripened stage storage of watery kimchi, the periodical injection at 3 hour interval was required because of continuous dissolution of carbon dioxide. However, Chinese cabbage kimchi did not require subsequent $CO_2$ injection during the ripened state storage and needed only flushing to 80% $CO_2$ at time of the container opening and closing. These results can be used as basic information for the programmed control of $CO_2$ injection in the kimchi container system.
자동차배출가스는 이산화탄소($CO_2$)에 의한 지구온난화 및 탄화수소(HC)와 질소산화물($NO_x$)에 의한 오존 생성을 야기하는 등, 인체와 환경에 나쁜 영향을 미치기 때문에 이에 대한 관심이 증폭되고 있다. 가솔린 직접분사 (Gasoline Direct Injection; GDI)엔진은 디젤엔진과 같이 연소실내에 연료를 직접 공급하는 방식으로서 가솔린엔진의 취약점으로 지적되어 오던 높은 연료소비율 문제를 획기적으로 개선할 수 있는 기술로 평가되고 있다. 본 연구에서는 분무유도방식(Spray-guided type)의 GDI엔진을 이용하여 공기과잉률 2.0 이상의 초희박 연소를 통해 연료소비율을 개선하였다. 추가적인 연료소비율 개선 및 배출가스 저감을 위해 희박연소시 다단 분사전략과 Exhaust Gas Recirculation (EGR)을 적용하였다. 배출가스 수준과 운전성능을 평가하고 이를 배출가스 규제와 비교 검토함으로써 국내 관련기술 개발 방향 및 상용화 가능성에 대해 검토하고자 하였다.
본 연구에서는 폴리설폰 중공사막을 이용하여 화석연료 연소에서 배출되는 온실가스 중 $CO_2$의 회수에 관한 연구를 실시하였다. 고농도의 $CO_2$를 회수하기 위한 막분리 공정에 대한 선행연구이다. 혼합가스 분리거동 관찰을 위하여 이산화탄소가 10% 함유된 배기가스를 사용하였다. 압력, 온도, 주입가스 조성, 다단 막 변화를 주어 스테이지 컷에 따른 분리 성능을 조사하였다. 압력과 온도가 증가 할수록 투과측에 $CO_2$ 농도와 회수율이 증가하였다. 주입 가스 조성 변화 시 $CO_2$의 함량이 높을 경우 회수율 및 분리 효율이 높아졌다. 3단 분리막 시스템을 이용시 $CO_2$ 농도 95% 이상, 회수율 90% 이상 보였으며 1단 분리막 보다 분리율이 향상되었다.
최근 온실가스감축의 방법으로 이산화탄소 지중저장이 많은 관심을 받고 있다 CO2 지중저장을 위한 부지 선정 및 특성화, CO2 주입에 따른 모니터링 단계 등 지중저장 전 파전에서 지구물리탐사법이 중요한 역활을 담당할 것으로 예상된다. 특히 주입된 CO2의 거동과 누출에 대한 모니터링과 검증기술은 온실가스감축의 인정과 신뢰성 향상에 많은 기여를 할 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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