• Korean Chemical Engineering Research
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• 제62권1호
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• pp.36-43
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• 2024

폐어망은 해양 플라스틱 폐기물의 50% 이상을 차지하며, 해양생태계를 파괴하는 주요 원인으로 지목되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 폐어망은 소각, 매립, 기계적 재활용 등의 방법으로 처리되고 있으나, 부가가치가 낮은 제품으로 재활용되며, 오염 물질을 배출한다는 한계가 존재한다. 하지만 플라스틱 고분자로 구성된 폐어망은 열분해 방법을 통해 처리할 경우, 합성가스 및 열분해유와 같은 유용한 자원으로 재활용할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 CO₂ 기반에서 폐어망을 촉매 열분해하여 고순도의 H₂를 생산하는 공정을 제안하였다. 제안된 공정은 다음 3단계로 구성된다. 첫째, 전처리 된 폐어망을 CO₂ 기반 하 Ni/SiO₂ 촉매 열분해 반응을 통해 합성가스 및 열분해유를 생산한다. 둘째, 생성된 열분해유를 연소시켜 열분해 반응의 에너지원으로 재사용한다. 마지막으로, 합성가스를 WGS (Water-Gas-Shift) 및 PSA (Pressure Swing Adsorption)를 통해 고순도의 H₂로 전환한다. 본 연구에서는 제안된 공정의 열분해 결과를 일반적인 열분해 조건인 기존 N₂ 기반 열분해 결과와 비교하였다. 시뮬레이션 결과, 폐어망 500 kg/h을 열분해 시 N₂ 기반에서는 2.933 kmol/h의 고순도 H₂를, CO₂ 기반에서는 3.605 kmol/h 의 고순도 H₂를 생산 가능했다. CO₂ 기반 폐어망 열분해에서 CO 생산이 향상되어 최종적으로 H₂ 생산량이 증대된 결과가 도출되었다. 또한 폐어망 열분해 시 CO₂ 기반에서는 공정 운전 과정에서 배출되는 CO₂를 포집 후 활용함으로써, N₂ 기반 열분해에 비해 CO₂ 배출량을 89.8% 줄일 수 있었다. 연구 결과를 바탕으로 CO₂ 기반에서의 제안 공정은 폐어망 재활용과 더불어 친환경적인 수소 연료생산이라는 목표를 달성할 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권4호
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• pp.223-231
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• 2012

본 연구는 유 무기성 폐기물 처리를 위한 다축스크류 난류접촉식 고효율 건조기의 최적 설계를 위한 연구의 일환으로 실험적 연구와 수치해석적 연구를 통하여 건조기 내부의 열유동 메카니즘을 규명하고 건조효율을 높일 수 있는 설계 기준을 제시 하고자 수행되었다. 사용된 건조기의 대표적인 특성은 건조용 가스의 바이패스 시스템으로 연소를 통해 얻어진 고온의 가스가 다축 스크류 내부 축을 따라 흐르면서 분공을 통해 고속으로 슬러지 내부로 분출되면서 열풍 건조를 하게 되는 것이다. 다양한 열원의 적용이 가능하고 고온 난류 분사식으로 높은 건조속도를 갖고 있으며 고점성 물질에도 적용이 가능한 것이 장점이다. 여기서 건조가스의 분배는 슬러지를 체적 가열하는 한편 슬러지가 뭉치지 않고 지속적으로 열과 물질 전달을 원활하게 하는 기공을 유지하도록 해야 한다. 실험결과 하수슬러지 200 kg/hr를 처리하는데 스크류를 1 rpm으로 회전시킬 때 적정 체류시간은 100분 정도로 나타났다. 또한 다양한 열량 공급 결과 150,000 kcal/hr로 공급한 경우 높은 건조효율을 유지하면서 잉여 열량공급으로 인한 과도한 열피로 및 열량의 낭비를 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 유 무기성 슬러지의 설계기술 및 건조효율 향상을 위한 건조가스의 유동 및 온도분포를 수치해석적 연구를 통하여 계산하였으며 연소실과 건조실의 온도계산 결과는 실험 자료와 매우 유사하게 나타나서 성공적으로 비교검증을 수행하였으며, 향후 물질전달에 대한 세부적인 모델을 적용하여 연구를 지속적으로 수행할 예정이다.

• 대한환경공학회지
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• 제35권2호
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• pp.115-123
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• 2013

도시폐기물 소각로는 일반적으로 전처리 설비가 필요 없고 대용량에 적합한 스토커타입의 소각로를 많이 사용하고 있다. 그러나 음식물 쓰레기의 직매립 금지 등에 따라 반입폐기물의 가연분이 증가하고 수분함량이 감소되어 폐기물의 발열량이 소각로 설치 초기에 비해 매우 증가하고 있는 실정이다. 이에 소각로 열부하의 증가에 따라 소각량 감소와 가동률 저하 등 소각로 운영에 어려움을 겪고 있다. 본 연구는 D시의 소각로를 대상으로 하여 소각량과 함습공기 양등 중요 변수에 따른 NO 모델을 포함한 난류반응 유동에 대한 일련의 전산해석을 수행하여 기초 자료를 축적하고 그것을 바탕으로 최근 도시 폐기물의 고 발열량화에 따른 문제점 및 해결방안에 대한 연구를 수행하였다. 이에 따라 운전조건 등을 최적화하여 기존의 운전시설의 활용을 극대화 하고자 하였다. 폐기물의 소각량을 저감하지 않고 고발열량화의 문제를 해결할 수 있는 실질적인 방법으로 연소용 공기에 수분의 양을 10%와 20%로 증가시키며 가습공기를 주입하는 방안을 검토하였다. 그 결과 연소공기의 비열증가와 상변화 등에 의하여 최대 화염온도의 감소가 발생하여 전반적인 소각로 내부의 온도가 낮아지는 것으로 나타났으며 그에 따라 NOx 발생량이 실질적으로 감소되는 것으로 나타났다. 특히 가습공기 20%주입시 기존에 설치되어 있는 SNCR 설비의 환원제 주입구 위치가 대부분 SNCR 반응에 적합한 온도 영역으로 나타나서 현재 고발열량 문제로 전혀 가동하지 못하고 있는 SNCR 설비의 재가동을 고려해 볼 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국재료학회지
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• 제7권2호
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• pp.102-106
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• 1997

박막형 접촉연소식을 포함한 마이크로 가스센서에서 membrane은 Si식각시 식각정지용으로서 또 센서 소자를 지지하는 층으로서 응력이 없어야 하며 이는 응력이 membrane파괴의 주 원인으로 작용하기 때문이다. 이에 따라 본 연구에서는 증착조건이 low pressure chemical vapor deposition(LPCVD)법과 sputtering법으로 제작된 $SiN_{x}$과 $SiN_{x}/SiO_{x}/(NON)$막의 응력고 굴절율 변화에 미치는 효과에 대한 실험을 행하였다. LPCVD의 경우 단일막인 $SiN_{x}$의 압축응력 및 굴절율을 나타내었다. Sputtering의 경우 $SiN_{x}$는 공정압력이 1mtorr에서 30torr까지 증가할수록 인가전력밀도가 $2.74W/cm^2$에서 $1.10W/cm^2$으로 감소할수록 응력값은 압축에서 인장으로 전환되었으며 본 실험에서 응력이 가장 낮게 나온 시편의경우 압축응력으로 $1.2{\times}10^{9}dyne/cm^2$가 공정압력 10mtorr, 인가전력밀도 $1.37W/cm^2$에서 얻어졌다. 굴절율은 공정압력이 1motorr에서 30motorr까지 증가할수혹 인가전력밀도가 $2.74W/cm^2$에서 $1.10W/cm^2$으로 감소할수록 감소하여 2.05에서 1.89의 변화를 보였다. LPCVD와 sputtering으로 증착된 막들은 모두 온도가 증가함에 따라 응력이 감소하였으며 온도감소시 소성적인 특성을 나타내었다.

• 청정기술
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• 제22권3호
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• pp.190-195
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• 2016

회전식 소각공정은 고에너지 물질의 폐기처리를 위해 현재 상용화 되고 있는 기술로 열풍을 이용하여 대상물질을 열분해하는 공정이며 TNT, RDX 및 Composition B를 통한 열분해 공정의 사전연구가 진행되었다. 본 연구의 대상물질은 나이트로셀룰로스(nitrocellulose, NC)와 나이트로글리세린(nitroglycerine, NG)의 혼합물인 더블베이스 추진제(M8)로 선정하였다. M8 추진제의 열분해 반응은 응축상 반응(condensed phase reaction, CPR)과 기체상 반응(gas phase reactions, GPRs)로 구성되어 있다. CPR의 경우 흡열반응으로 4가지 화합물을 생성하며, GPRs의 경우 59개의 가스화합물 및 365개의 흡열·발열 반응으로 구성되어 있다. 본 연구는 gPROMS 소프트웨어를 이용하여 관형반응기의 수학적 모델링을 완성하였으며, 운전온도 및 유속 변화에 따른 케이스스터디를 진행하였다. 상대적으로 낮은 유속 및 높은 공정온도는 반응기의 내부온도(Case3: 953 K, Case6: 1300 K)를 상승 시켰으며, CO₂와 H₂O 몰농도 값 상승을 통해 완전연소율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구 내열형 소각로 설계, 운전조건을 도출하는데 있어 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국결정성장학회지
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• 제30권1호
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• pp.17-20
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• 2020

고성능의 산소생성반응(OER)과 수소생성반응(HER) 전기촉매 개발은 수전해 시스템의 상용화에 있어서 매우 중요하게 여겨진다. 특히 HER에 비하여 OER이 상대적으로 높은 과전압을 가지기 때문에, OER의 과전압을 효과적으로 낮추는 촉매를 개발하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는, 매우 간단한 공정을 통하여 triple perovskite 구조의 Nd_1.5Ba_1.5CoFeMnO_x 전기촉매를 합성하였으며 그 특성을 분석하였다. 합성된 Nd_1.5Ba_1.5CoFeMnO_x는 OER 뿐만 아니라 HER에서도 우수한 특성을 나타내었다. 이러한 결과를 통하여 높은 결정성을 가지는 triple perovskite 구조가 간단한 연소 합성법(combustion synthetic method)을 통하여 합성될 수 있으며 알칼리 전해질 하에서 매우 우수한 촉매특성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 높은 OER, HER 특성을 보이는 Nd_1.5Ba_1.5CoFeMnO_x triple perovskite 촉매는 수전해 시스템의 상용화에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 판단된다.

• 멤브레인
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• 제28권2호
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• pp.136-141
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• 2018

이산화탄소($CO_2$)는 천연 가스, 바이오 가스, 매립 가스의 성분으로 존재할 뿐만 아니라 화석연료의 주요 연소 생성물로써 온실 가스의 주범이다. 특히 내연기관의 연료 고효율을 얻고, 가스 수송시스템의 부식을 방지하며, 기후변화에 선제적으로 대응하기 위해서는 이산화탄소($CO_2$)의 저감 또는 제거 기술이 필수적이다. 지난 수십 년간, 멤브레인 기반 기술의 구성 및 설계 단순성에 의하여 관련 연구가 많이 이루어져 왔으며 많은 발전을 이루었다. 최근 들어, 기존 멤브레인 기반 분리 뿐만 아니라, 새로운 흡착제 기반 분리 기술 등에 대한 관심도 높아지고 있다. 특히, 최근 각광받고 있는 유기-금속 골격체(Metal Organic Frameworks, MOFs)의 경우, 일반 다공질 흡착제와는 다른 독특한 성질(Flexibility, Gating effect 또는 Open Metal Sites 등)로 인하여, 이를 활용한 다양한 기체 분리 연구가 늘어나고 있는 추세이다. 따라서 본 연구에서는 대표적 플렉서블한 물질인 MIL-53(Al)과 강한 결합에너지 site를 다수 보유한 대표적 MOF 물질인 MOF-74(Ni)를 활용하여 온도 및 압력에 따른 이산화탄소 메탄 분리 성능 비교 분석하였으며, 각 물질의 특성별 압력 및 온도에 따라 변화하는 적정 분리 구간을 제시하였다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제34권2호
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• pp.327-337
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• 2017

반 건조 소화 하수슬러지와 폐플라스틱을 혼합하여 파일롯 규모(85.3kg/hr)의 연속식 저온($510^{\circ}C{\sim}530^{\circ}C$) 열분해 실험을 하였다. 실험결과 열분해가스 발생량은 투입물 건량의 최대 68.3%, 발열량은 $40.9MJ/Nm^3$이었으며, 연속식 열분해에 따른 외기 유입율이 19.6%이었다. 오일은 투입물 건량의 4.2%가 발생하였고, 저위발열량은 32.5 MJ/kg이었으며 시설부식 등을 일으킬 수 있는 황과 염소의 함량이 각각 0.2% 이상이었다. 투입물 건량의 27.5%가 발생한 탄화물의 저위 발열량은 10.2 MJ/kg이었고, 용출시험 결과 지정폐기물에 해당하지 않았다. 열분해가스의 연소 배가스는 일산화탄소, 황산화물, 시안화수소 등의 배출농도가 특히 높았고, 다이옥신 (PCDDs/DFs)은 $0.034ng-TEQ/Sm^3$로서 법적 기준치 이내였다. 건조 배가스 응축으로 발생한 폐수는 수질오염물질 47개 항목 중 총질소, n-H 추출물질, 시안 등의 고농도 항목이 많아 전처리 후 하수처리장 등에서의 병합처리 방식을 고려할 필요가 있었다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2004년도 학술논문집
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• pp.353-354
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• 2004

사용후 핵연료의 조성을 분석하거나 또는 반사전자상과 2차 전자상 등으로 시료를 관찰하기 위해서는 핫셀(Hot cell)에 증착기(coater)를 설치하여 시료표면을 전도성 물질인 탄소 등으로 증착시켜야 한다. 그러나 원격조정기를(manipulator)를 이용하여 수행되는 핫셀에서의 증착작업은 사용후 핵연료 시험의 선진분석기술을 갖고 있는 원자력 선진국에서도 핫셀내에 설치되어 있는 증착기의 탄소봉을 교체하는 작업과 진공장치의 성능 유지가 까다로워 시료표면에 균질하게 전도성 물질을 증착시키는 작업에 많은 어려움을 겪고 있다. 본 연구는 통상적으로 이용되는 증착기를 사용하지 않고 Silver Paint를 사용하여 사용후 핵연료를 분석할 수 있는 새로운 방법에 대한 연구를 수행하였다. 산화물 핵연료는 전기전도도가 매우 낮아($3{\times}10^{-1}~4{\times}10^{-8}/ohm{\cdot}cm$)입사된 전자의 이동이 원활하지 못해 일어나는 들뜸(Charging)현상이 발생한다. 그러나 Silver Paint 에 사용후 핵연료를 접착하면 모세관(capillary)현상에 의해 시료 주위와 핵연료의 결정립계로 Silver가 스며들어 입사된 전자의 이동이 원활해져 전도성이 극히 낮은 시료의 분석이 가능하게 된다. 본 시험에 사용된 EPMA는 (Electron Probe Micro Analyzer, SX-50R, CAMECA, Paris, France) 고 방사능을 띤 조사 핵연료의 시험을 수행할 수 있도록 기기의 적절한 부위에 납과 텅스텐으로 차폐되어 시편의 방사능 세기가 $3{\times}10^{10}Bq$까지 시험 가능한 기기이다. 그림 1은 JAERI 에 설치 운영중인 증착기 설비 사진이다. 그림에서 핫셀에 설치된 증착기의 진공을 유지하기 위해 핫셀 벽을 관통하여 증착기 본체까지 연결된 배출관의 형상과 복잡한 주변장치들을 볼 수 있다. 그림 2는 비조사 핵연료 시편을 Silver Pain떼 접착한 사진이다. 그림은 시료주위와 시료 표면까지 Silver Paint가 도포된 모습을 보여주고 있다. 상용발전소에서 연소도가 50,000 Mwd/tU인 사용후 핵연료를 상기와 같은 방법으로 만든 시편의 표면을 관찰한 사진을 그림 3~8에 나타내었다. 그림 3은 핵연료 중앙부위의 결정립을 나타낸 그림이다. Silver Paint만으로 접착한 시료의 표면관찰 및 정량분석이 그림에서 보듯이 가능함을 확인하였다. 그림 4는 사용후 핵연료시료를 중앙부위에서 가장자리까지를 다섯 부위로 나누어 그 중 중앙부위(1/5) 지점의 입계 및 형상을 관찰한 사진이다. 결정립의 크기가 다른 부위보다 상대적으로 크고, 결정립에 생성된 기공이 발달되어 있음을 볼 수 있다. 그림 5와 6과 7은 중심부위와 rim부위 사이 지점을 관찰한 사진으로서 결정립과 기공의 분포가 비슷한 형상을 나타내고 있음을 관찰할 수 있었다. 그림 8은 rim 부위 사진으로 전형적인 rim 영역 현상을 관찰할 수 있었다. 표 1은 그림 2와 같이 비조사 산화물 핵연료를 Silver Paint로 접착한 시편을 정량 분석한 결과이다. 시편의 조성은 33.6 at% U, 66.4 at% O의 결과를 얻었다. 산화물 핵연료의 표면 관찰 및 정량 분석 시험시 시편 표면을 전도성 물질로 증착시키지 않고, Silver Paint 에 시편을 접착하는 방법으로도 만족한 시험 결과를 얻을 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권1호
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• pp.35-43
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• 2010

본 연구에서는 물을 재순환하는 이상적인 순산소 발전시스템의 작동조검 변화에 따른 성능해석을 수행하였다. 순산소 발전시스템에서의 터빈은 작동유체의 연소기 출구온도에 따라 증기터빈 또는 가스터빈을 사용할 수 있다. 본 연구의 순산소 사이클에서는 터빈입구온도를 가스터빈 수준으로 가정하였으며, 터빈출구의 과열도 증대를 위해 재열시스템을 채택하였다. 또한 터빈출력 증대를 위해 터빈출구 압력을 진공상태로 가정하였으며, 이에 따라 가스터빈 출구에서 추가의 팽창과정이 요구된다. 터빈입구온도, 압력비, 응축기압력과 같은 중요 작동 조건의 변화에 따른 시스템 성능이 해석되었으며, 시스템 구성 변화에 따른 효율 변화도 검토하였다. 결론에서는 성능을 최적화시키면서 고순도의 이산화탄소 회수가 가능한 순산소 발전시스템의 최적 작동조건을 제안하였다.