The reactivity controlled compression ignition (RCCI) is the technology that provides two different types of fuel to the combustion chamber with the advantage of significantly reducing particulate matter and nitrogen oxides emissions. However, due to the characteristics of lean combustion, combustion efficiency is worsened. The conventional type of pistons for conventional diesel combustion (CDC) has mostly been used in the researches on RCCI. Because the pistons for CDC are optimized to enhance flow and target spray, the pistons are unsuitable for RCCI. In this study, a piston that is suitable for RCCI is designed to improve combustion efficiency. The new piston was designed by considering the factors such as squish geometry, bowl depth, and surface area. The experiment was carried out by fixing the energy supply to 0.9kJ/cycle and 1.5kJ/cycle respectively. The two pistons were quantitatively compared in terms of thermal efficiency and combustion efficiency.
Climate change problems occur during the use of fossil fuel and the process of biogas production. Research continues to convert carbon dioxide and methane, the major causes of climate change, into high-quality energy sources. in order to present the performance potential for the novel plasma-recuperative burner reformer, the reforming characteristics for each variable were indentified. The optimal operating condition of was an O2/C ratio of 1.0 and a total gas supply of 20 L/min. At this time, CH4 conversion was 64%, H2 selectivity was 39%, and H2/CO ratio was 1.13, which were the results applicable to the solid oxide fuel cell fuel stack for RPG, or Residential Power Generator. Recirculation of reformed gas increases the amount of H2 and CO, which are combustible gases, especially the amount of H2. As a result, the H2 selectivity is improved, and high-quality gas can be produced.
Carbon neutrality policies have been strengthened to reduce emissions, and the importance of technology road maps has been emphasized. In the global industrial boiler market, carbon neutrality is implemented through fuel diversification of methane-hydrogen mixture gas. However, various problems such as flashback and flame unstability arise. There is a limit to implementing the actual system as it remains in the early stage. Therefore, it is necessary to secure the source technology of methane-hydrogen hybrid combustion system applicable to industrial fields. In this study, control program for methane-hydrogen fuel conversion was developed to expect various parameters. After determining the hydrogen mixing ratio and the input air flow, the fuel conversion control algorithm was constructed to get the parameters that achieve the target oxygen concentration in the exhaust gas. LabVIEW program was used to derive correlations among hydrogen mixing rate, oxygen concentration in exhaust gas, input amount of air and heating value.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.27
no.2
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pp.31-40
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2019
In Korea, 51,013 thousand tons of livestock manure was generated in 2018. A total of 46,530 thousand tons, which is 91.2% of the total amount of livestock manure generated, was treated by composting(40,647 thousand tons) or liquid fertilization(5,884 thousand tons) method. At present, the policy of livestock manure treatment in Korea is to make livestock manure into organic fertilizer(compost, liquid fertilizer) and then to applicate it on agricultural land. And this policy is very effective in terms of livestock manure treatment and nutrient recycling. However, considering the steadily declining farmland area for decades, the use of livestock manure compost could be limited in the future. There is also concern that local nutrient overloading, nutrient management regulation, and restrictions on the number of livestock may become serious problem for livestock manure treatment. In addition, there are some opinions that nutrient derived from livestock manure may flow into tributaries of major dams. In recent years, there has been a suspicion that fine dust may be generated from livestock manure compost. In recent years, the use of livestock manure fertilizer has been rapidly increasing, there is a growing demand of the development of new technologies for livestock manure treatment. Especially, cow excretes a larger amount of manure than other livestock, so that the efficiency of development of new technology for cow manure treatment will be high. Therefore, in this study, the combustion characteristics of cow manure pellet were investigated in order to analyzed whether cow manure could be used as source of solid fuel. During the combustion test, the weight loss of the cow manure pellet began to increase when the temperature of the combustion chamber reached $300^{\circ}C$. The ratio of $H_2$, $CH_4$, CO in the pyrolysis gas produced in the pyrolysis process of cow manure pellet were 6.65~11.62%, 0.58~1.54 and 11.47~14.07%, respectively.
To estimate greenhouse gas (GHG) emission, we established inventory of conventional rice cultivation from farmers in Gunsan and Iksan, Jeonbuk province in 2011~2012. This study was to calculate carbon footprint and to analyse the major factor of GHGs. We carried out a sensitivity analysis using the analyzed main factors of GHGs and estimated the mitigation potential of GHGs. Also we tried to suggest agricultural methods to reduce GHGs that farmers of this case study can apply. Carbon footprint of rice production unit of 1 kg was 2.21 kg $CO_2.-eq.kg^{-1}$. Although amount of $CO_2$ emissions is largest among GHGs, methane had the highest contribution of carbon footprint on rice production system after methane was converted to carbon dioxide equivalent ($CO_2$-eq.) multiplied by the global warming potential (GWP). Source of $CO_2$ in the cultivation of rice farming is incomplete combustion of fossil fuels used by agricultural machinery. Most of the $CH_4$ emitted during rice cultivation and major factor of $CH_4$ emission is flooded paddy field in anaerobic condition. Most of the $N_2O$ emitted from rice cultivation process and major sources of $N_2O$ emission is application of fertilizer such as compound fertilizer, urea, orgainc fertilizer, etc. As a result of sensitivity analysis due to the variation in energy consumption, diesel had the highest sensitivity among the energies inputs. If diesel consumption is reduced by 10%, it could be estimated that $CO_2$ potential reduction is about 2.5%. When application rate of compound fertilizer reduces by 10%, the potential reduction is calculated to be approximately 1% for $CO_2$ and approximately 1.8% for $N_2O$. When drainage duration is decreased until 10 days, methane emissions is reduced by approximately 4.5%. That is to say drainage days, tillage, and reducing diesel consumption were the main sources having the largest effect of GHG reduction due to changing amount of inputs. Accordingly, proposed methods to decrease GHG emissions were no-tillage, midsummer drainage, etc.
Jung, Kyeongsoo;Chae, U-Ri;Chae, Ho Keun;Chung, Myeong-Sug;Lee, Joo-Yeoun
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.24
no.5
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pp.9-16
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2019
In today's global energy market, the importance of green energy is emerging. Hydrogen energy is the future clean energy source and one of the pollution-free energy sources. In particular, the fuel cell method using hydrogen enhances the flexibility of renewable energy and enables energy storage and conversion for a long time. Therefore, it is considered to be a solution that can solve environmental problems caused by the use of fossil resources and energy problems caused by exhaustion of resources simultaneously. The purpose of this study is to efficiently produce hydrogen using plasma, and to study the optimization of DME reforming by checking the reforming reaction and yield according to temperature. The research method uses a 2.45 GHz electromagnetic plasma torch to produce hydrogen by reforming DME(Di Methyl Ether), a clean fuel. Gasification analysis was performed under low temperature conditions ($T3=1100^{\circ}C$), low temperature peroxygen conditions ($T3=1100^{\circ}C$), and high temperature conditions ($T3=1376^{\circ}C$). The low temperature gasification analysis showed that methane is generated due to unstable reforming reaction near $1100^{\circ}C$. The low temperature peroxygen gasification analysis showed less hydrogen but more carbon dioxide than the low temperature gasification analysis. Gasification analysis at high temperature indicated that methane was generated from about $1150^{\circ}C$, but it was not generated above $1200^{\circ}C$. In conclusion, the higher the temperature during the reforming reaction, the higher the proportion of hydrogen, but the higher the proportion of CO. However, it was confirmed that the problem of heat loss and reforming occurred due to the structural problem of the gasifier. In future developments, there is a need to reduce incomplete combustion by improving gasifiers to obtain high yields of hydrogen and to reduce the generation of gases such as carbon monoxide and methane. The optimization plan to produce hydrogen by steam plasma reforming of DME proposed in this study is expected to make a meaningful contribution to producing eco-friendly and renewable energy in the future.
This study was carried out to estimate carbon emission using LCA (Life Cycle Assessment) and to establish LCI (Life Cycle inventory) DB for lettuce production system in protected cultivation. The results of data collection for establishing LCI DB showed that the amount of fertilizer input for 1 kg lettuce production was the highest. The amounts of organic and chemical fertilizer input for 1 kg lettuce production were 7.85E-01 kg and 4.42E-02 kg, respectively. Both inputs of fertilizer and energy accounted for the largest share. The amount of field emission for $CO_2$, $CH_4$ and $N_2O$ for 1 kg lettuce production was 3.23E-02 kg. The result of LCI analysis focused on GHG (Greenhouse gas) showed that the emission value to produce 1 kg of lettuce was 8.65E-01 kg $CO_2$. The emission values of $CH_4$ and $N_2O$ to produce 1 kg of lettuce were 8.59E-03 kg $CH_4$ and 2.90E-04 kg $N_2O$, respectively. Fertilizer production process contributed most to GHG emission. Whereas, the amount of emitted nitrous oxide was the most during lettuce cropping stage due to nitrogen fertilization. When GHG was calculated in $CO_2$-equivalents, the carbon footprint from GHG was 1.14E-+00 kg $CO_2$-eq. $kg^{-1}$. Here, $CO_2$ accounted for 76% of the total GHG emissions from lettuce production system. Methane and nitrous oxide held 16%, 8% of it, respectively. The results of LCIA (Life Cycle Impact assessment) showed that GWP (Global Warming Potential) and POCP (Photochemical Ozon Creation Potential) were 1.14E+00 kg $CO_2$-eq. $kg^{-1}$ and 9.45E-05 kg $C_2H_4$-eq. $kg^{-1}$, respectively. Fertilizer production is the greatest contributor to the environmental impact, followed by energy production and agricultural material production.
Kim, Jae-Young;Park, Young Cheol;Jo, Sung-Ho;Ryu, Ho-Jung;Baek, Jeom-In;Park, Yeong Seong;Moon, Jong-Ho
Clean Technology
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v.19
no.2
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pp.165-172
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2013
In this study, the hydrogen chloride removal using K-based dry sorbents ($K_2CO_3/Al_2O_3$, KEPRI, Korea) was studied with varying the pressure in a fixed bed reactor (15 cm tall bed with 0.5 cm I.d.). Working temperature was $400^{\circ}C$ and feed gas concentration was 750 ppm (HCl vol%, $N_2$ balance). The chloride sorption capacity of sorbent increases with increasing pressure (1, 5, 10, 15 and 20 bar). Also, after forming KCl crystal by reaction with $K_2CO_3$ and HCl, owing to the strong bonding energy, sorbent regeneration was practically impossible. Its optical, physical and chemical characterizations were evaluated by SEM, EDAX, BET, TGA and XRD. At $400^{\circ}C$ and 20 bar condition, working condition for the dehalogenation process after gasification, K-based dry sorbent showed high HCl sorption capacity and HCl/$N_2$ separation performances comparing with Ca-based and Mg-based dry sorbents.
Park, Byung-Chul;Sohn, Jeong-Lak;Kim, Tong-Seop;Ahn, Kook-Young;Kang, Shin-Hyoung;Lee, Young-Duk
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.1
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pp.35-43
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2010
In this study, an ideal water-recirculated oxy-fuel power generation system is proposed. The results of parametric studies of the performance characteristics of the system are discussed. For a given choice of the turbine inlet temperature, the turbine, which produces power, can be either a gas or a steam turbine. For maximum efficiency, the turbine inlet temperature is selected as the level of state-of-the-art gas turbines and the reheat cycle may be adopted not only to enhance the turbine power but also to maintain dryness of the water with a turbine exhaust temperature that is as high as possible. To obtain a low condensation temperature for a high purity of $CO_2$, a relatively low pressure expansion process may be added. Finally, the performance of the water-recirculated oxy-fuel power generation system is discussed with reference to various operating parameters and system configurations. The optimal operating conditions for high performance and a high purity of $CO_2$ are proposed.
Almost all countries of the world have recently made great efforts to reduce green-house gases to alleviate the global warming threatening human survival, because a huge amount of carbon dioxide as one of the main green-house gases has been emitted from the combustion processes of fossil fuels such as coal and oil. $CO_2$ capture and storage (CCS) technology is a representative method to diminish the green-house gases, and actively investigated by many countries. This study focuses on the design and construction of a high pressure $CO_2$ injection facility to store it to underground, which is the first $CO_2$ injection in Korea following the steps of the $CO_2$ capture from large $CO_2$ emission sources and transportation to the sea. Injection tests of $CO_2$ on the platform on the sea were carried out in Yeongil Bay of Pohang city in the early 2017. Thus, we were able to perceive the necessary operating conditions of the injection facility, injection characteristic, and knowhow of the injection facility. The results obtained from the injection test shall be utilized for facility upgrades and scale-ups.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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