• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제53권1호
• /
• pp.31-38
• /
• 2015

현재 기후 온난화의 주요원인 이산화탄소의 배출은 전 세계적으로 문제가 되고 있다. 이에 따라, 기존에 존재하는 화력 발전소 및 철강 공장과 같은 다량의 이산화탄소를 발생시키는 공장에서는 이산화탄소의 격리와 저장 등의 기술이 필요해졌고, 현재 많은 공장에서 실제 분리가 일어나고 있다. 또한 이러한 직접적인 배출량 감소 말고도 간접적으로 이산화탄소의 배출을 줄일 수 있는 일산화탄소, 수소 등의 환원가스의 재사용에 대해서도 여러 방식으로 연구가 이루어지고 있다. 이에 따라, 대표적인 가스 분리공정 중 하나인 Pressure swing adsorption(PSA)나, 최근 몇몇 공장에서 실 사용이 이루어지고 있는 막 분리공정을 사용하여 이산화탄소, 일산화탄소 및 수소를 분리하는 많은 연구들이 수행되어 왔다. 또한, 이 두 종류의 공정을 합친 하이브리드 공정에 대한 연구도 존재했다. 하지만 분리 목표 가스가 두 가지 이상인 다성분 기체에 대하여 연속공정 모델을 만들고, 이 모델 전체에 대해 조업 최적화 및 경제성 평가를 다룬 연구는 진행되어 오지 않았다. 본 논문에서는 이산화탄소, 일산화탄소, 수소 및 다른 기체들을 포함한 다성분 기체를 대상으로 환원가스로 사용 가능한 일산화탄소, 수소와 분리 저장이 필요한 이산화탄소를 분리하는 PSA와 막 공정을 사용한 연속공정 모델을 개발하고, 이 모델을 사용하여 가능한 시나리오들을 생성한 뒤 조업 최적화를 진행해 경제성을 평가하였다. 그 결과, 수소 가스의 조성이 초기에 14% 정도일 경우 수소를 분리하는 것보다 연료로 사용해야 하며, $CO_2$와 CO의 조성이 30% 정도로 유사할 경우 $CO_2$를 먼저 분리하는 것이 유리하다는 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구에서 진행한 결과를 통해 분리 대상 기체의 분리 경제성을 분석하여 가스 분리 여부 결정에 도움을 줄 수 있을 것이다.

• KSBB Journal
• /
• 제23권1호
• /
• pp.1-7
• /
• 2008

비록 전 세계적으로 많은 수의 소규모 시범 셀룰로식 에탄올 생산연구가 보고되고 있으며 셀룰로식 에탄올 생산을 위한 많은 연구들이 진행되고 있지만 현재까지 전분계나 설탕계 에탄올과 경쟁할 수 있을 정도의 경제적 생산이 가능한 상용화된 셀룰로식 에탄올 생산시설은 현재까지 보고 된 바 없다. 또한 일부 환경경제학자들은 옥수수 작물자체가 수확기까지 많은 양의 수분과 에너지를 필요로 하고 매년 토양을 침출시키는 작물이어서 환경적인 문제점을 불러 올 수 있다는 점, 이후 옥수수 바이오매스로부터 에탄올을 생산할 때까지 들어가는 에너지의 양이 높다는 점등을 지적하며 옥수수로부터의 에탄올대량생산에 신중해야 한다는 의견도 있다(24). 하지만 가까운 장래에 석유를 대체할 액체연료 중 에탄올이 가장 적합하다는 미국이나 유럽의 목표에 따라 옥수수 줄기나 잎을 이용한 셀룰로식 에탄올 생산계획은 계속해서 추진될 것으로 보이며 상용화도 미국정부의 계획대로라면 수년 내에 이루어 질 것으로 보인다. 셀룰로식 에탄올의 상용화를 위해서는 여러 점들을 고려하여야 한다. 첫째로, 분자 및 유전자 수준까지의 식물에 대한 이해가 필요하다. 왜냐하면 이러한 지식의 바탕에서 바이오매스를 효과적으로 정제할 수 있는 방안들이 가능하기 때문이다. 이를 위해서는 셀룰로스보다 상대적으로 덜 알려진 식물체 내에서의 리그닌 합성경로 및 결합구조나 헤미셀룰로스의 합성 및 리그닌과의 결합관계 둥에 대한 연구가 더욱 필요하다. 둘째로는 셀룰로식 에탄올생산의 상용화를 위해서는 화석연료의 수요를 대체할 수 있는 작물의 개발과 수확작물을 처리하여 공장이나 공업단지까지 경제적으로 수송할 수 있는 방법이 개발되어야 한다. 현재 거론되고 있는 셀룰로식 에탄올공장의 생산규모를 연간 1억 내지 1억 8천만 리터 정도의 규모로 생각하고 연간 250-300일 작업 기준으로 생각한다면 적어도 하루 2000톤 정도의 biomass를 처리하여야 됨으로 이 정도의 바이오매스가 지속적이고, 경제적으로 공급되어야 한다. 미국의 경우, 옥수수작물이 셀룰로식 에탄올 생산을 위해 가장 적합한 원료물질로 거론되고 있다. 이는 현재 옥수수 열매 는 전분이나 에탄올 생산을 위해 공장으로 수송되지만 엄청난 양의 잎과 줄기는 밭에 남겨져 있기 때문이다. 이들 corn stover로 통칭되는 식물원료 물질이 바이오매스 중 연간 생산량이 가장 많은 1억 건조 톤 이상으로 현재로도 공급이 가능하고 잠재적으로는 10억 톤까지도 생산될 수 있다고 전망하기 때문이다. 따라서 미국의 경우 셀룰로식 에탄올의 생산은 corn stover의 이용이 불가피해 보인다. 더불어 톱밥이나 임업부산물의 경우는 현재 3800만 건조 톤 정도의 공급이 가능하며 미래 3억 7000만 건조 톤이 공급될 수 있을 것으로 예상하고 있다(25). 하지만 이러한 자원은 부피가 크고 무게가 가벼워 수송밀도가 낮아 고밀도 형태로 운송할 수 있는 방법이 모색되어야 한다. 또한 원료물질을 처리 시설까지 운반하는 운송비를 줄일 수 이는 다른 방법들도 모색되어야한다. 셋째로는 바이오매스의 구조를 당화과정과 발효과정에 적합하게 변환시킬 수 있는 경제성 있는 전처리 방법의 개발이 필수적이다. 이상적 전처리 방법은 리그닌을 효과적으로 분리해내 이를 이용한 공정에 필요한 에너지로 사용하거나 차후 부가가치가 높은 물질의 원료로 사용할 수 있게 하여야 한다. 또한 헤미셀룰로스와 셀룰로스의 손실을 최소화하여 차후 이들 식물탄수화물을 이용한 에탄올 생산을 극대화할 수 있는 방법이어야 하며 이와 함께 경제성을 담보하여야 한다. 이러한 전처리방법의 개발은 현재까지 개발된 여러 전처리 방법들의 장단점들을 파악하고 이를 극복할 수 있는 방법들을 모색하는 노력으로 가능할 수 있겠다. 마지막으로 5탄당과 6탄당을 동시에 발효할 수 있는 미생물 균주의 개발이나 효소비용을 획기적으로 줄일 수 있는 생산방법이 개발되어야 하겠다. 이는 셀룰로식 에탄올이 90% 이상의 높은 수율과 시간당 1.5-2.5 g/L의 생산성을 보이고 있는 전분이나 설탕으로부터 생산되는 에탄올과 경쟁력을 갖기 위한 필수적인 요소이기 때문이다.

• 설비공학논문집
• /
• 제21권12호
• /
• pp.715-732
• /
• 2009

This article reviews the papers published in the Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering during 2008. It is intended to understand the status of current research in the areas of heating, cooling, ventilation, sanitation, and indoor environments of buildings and plant facilities. Conclusions are as follows. (1) Research trends in thermal and fluid engineering have been surveyed in the categories of general fluid flow, fluid machinery and piping, new and renewable energy, and fire. Well-developed CFD technologies were widely applied in developing facilities and their systems. New research topics include fire, fuel cell, and solar energy. Research was mainly focused on flow distribution and optimization in the fields of fluid machinery and piping. Topics related to the development of fans and compressors had been popular, but were no longer investigated widely. Research papers on micro heat exchangers using nanofluids and micro pumps were also not presented during this period. There were some studies on thermal reliability and performance in the fields of new and renewable energy. Numerical simulations of smoke ventilation and the spread of fire were the main topics in the field of fire. (2) Research works on heat transfer presented in 2008 have been reviewed in the categories of heat transfer characteristics, industrial heat exchangers, and ground heat exchangers. Research on heat transfer characteristics included thermal transport in cryogenic vessels, dish solar collectors, radiative thermal reflectors, variable conductance heat pipes, and flow condensation and evaporation of refrigerants. In the area of industrial heat exchangers, examined are research on micro-channel plate heat exchangers, liquid cooled cold plates, fin-tube heat exchangers, and frost behavior of heat exchanger fins. Measurements on ground thermal conductivity and on the thermal diffusion characteristics of ground heat exchangers were reported. (3) In the field of refrigeration, many studies were presented on simultaneous heating and cooling heat pump systems. Switching between various operation modes and optimizing the refrigerant charge were considered in this research. Studies of heat pump systems using unutilized energy sources such as sewage water and river water were reported. Evaporative cooling was studied both theoretically and experimentally as a potential alternative to the conventional methods. (4) Research papers on building facilities have been reviewed and divided into studies on heat and cold sources, air conditioning and air cleaning, ventilation, automatic control of heat sources with piping systems, and sound reduction in hydraulic turbine dynamo rooms. In particular, considered were efficient and effective uses of energy resulting in reduced environmental pollution and operating costs. (5) In the field of building environments, many studies focused on health and comfort. Ventilation. system performance was considered to be important in improving indoor air conditions. Due to high oil prices, various tests were planned to examine building energy consumption and to cut life cycle costs.

• 농업생명과학연구
• /
• 제44권4호
• /
• pp.79-85
• /
• 2010

경상대학교 교내에 설치되어 있는 1-2W형 온실을 대상으로 전기 방열기를 이용하여 국화 재배온실의 난방효과를 검토한 결과는 다음과 같다. 실험기간동안 최고, 평균 및 최저 외기온은 각각 $-3.8{\sim}21.3^{\circ}C$, $-5.2{\sim}16.1^{\circ}C$ 및 $-12.5{\sim}14.4^{\circ}C$ 정도의 범위로 나타났으며, 온실 내외의 평균상대습도 각각 43.5~98.6% 및 35.2~100%로 나타났다. 12월 중순부터 2월 상순까지 최저 외기온은 대략 $-5.0{\sim}-10.0^{\circ}C$ 전후로 나타나 진주기상대의 최근 자료와 비교하면 상대적으로 최저기온이 낮게 나타나는 경향이 있었다. 야간의 경우, 방열기 직하부의 엽온이 방열기 중간 지점에서 측정한 엽온 보다 크게 $2{\sim}3^{\circ}C$정도 높게 나타나거나 또는 미미하지만 약간 높게 나타나는 경향이 있었다. 근권부의 경우, 직하부나 중간 지점에서의 온도 차이는 거의 없는 것으로 나타났고, 근권부의 최고온도와 기타 최고 온도의 발생 시점을 보면, 약 2시간정도의 지체현상이 있음을 알 수 있었다. 그리고 실험기간동안 난방에 소요된 총 소비전력량, 공급에너지 및 총 난방비는 각각 2,800kWh, 2,408,000kcal 및 112,000won 정도였다. 화석연료인 경유로 난방할 경우, 총난방비는 224,500won 정도였다. 방열기를 이용하여 난방할 경우, 난방비를 약 50% 정도 줄일 수 있을 것으로 판단되었다.

• 농업생명과학연구
• /
• 제46권2호
• /
• pp.179-190
• /
• 2012

본 연구는 유가상승에 따른 온실의 경영비 절감과 적설지역의 적설재해를 경감시키기 위하여 온수배관을 이용한 난방효과 및 온실곡부의 온도 상승효과를 구명하고자 수행되었다. 전체적으로 실험구의 온도가 대비구 보다 약 $2.0{\sim}6.0^{\circ}C$정도 높게 나타났다. 천창부직포를 개방한 경우, 최저온도가 약 $3.0{\sim}12.0^{\circ}C$범위로 나타나 적극적인 난방을 하게 되면 적설피해도 어느 정도 예방할 수 있을 것으로 판단되었다. 온실 내부의 높이별 온도 차이는 미미한 것으로 나타났다. 재배작물에 따른 온실의 최대난방부하는 각각 약 $37,000kcal{\cdot}h^{-1}$ 및 $41,700kcal{\cdot}h^{-1}$정도이었다. 실험기간동안 최저 외기온 $-11.9{\sim}4.0^{\circ}C$ 범위에서 설정온도별 발열량은 95,000~322,000 kcal 정도로서 시간당 $6,050{\sim}20,900kcal{\cdot}h^{-1}$정도의 범위에 있었고, 최대난방부하와 비교하면 약 15~56%정도의 난방에너지를 공급할 수 있을 것으로 나타났다. 그리고 실험기간동안 전체 발열량과 소비전력량은 각각 2,629,025 kcal 및 677.3 kWh이었다. 화석연료인 경유로 난방 할 경우, 실험기간동안 소요되는 소비량은 291L 정도이었고, 비용은 331,700 won인 것으로 나타났다. 전력사용에 대한 총비용은 24,400 won정도로서 경유 소비 비용의 7.5%정도로 나타났다. 또한 전체 소비전력량을 에너지로 환산하면 약 582,200 kcal이고, 이 에너지는 전체 발열량의 약 22%에 불과하였다.

• 자원환경지질
• /
• 제5권4호
• /
• pp.187-209
• /
• 1972

발파(發破)에 있어서 천공배치(穿孔配置)는 발파효과에 영향(影響)을 미치는 가장 중요(重要)한 요소중(要素中)의 하나다. Burn-cut 의 폭발(爆發)의 여러 요소(要素)에 관(關)한 연구(硏究)는 Brown, Cook에 의(依)해 발표(發表)된 바 있으나 본연구(本硏究)에 있어서는 Burn-cut 와 Pyramid-cut의 천공배치(穿孔配置)의 대비(對比)와 폭원(爆源)과 자유면(自由面)사이의 역학적(力學的) 응력해석(應力解析)에 중점(重點)을 두어 이등교수(伊藤敎授)가 전개(展開)한 이론(理論)에서 다루지 않은 주정천공배치(週正穿孔配置)에 의(依)한 Burn-cut의 효과을 연결(連結)시켰다. 종래(從來)의 이론(理論)에 의(衣)하면 단일자유면발파(單一自由面發破)에 있어서는 압축응력외(壓縮應力外)에 자유면(自由面)에서 반사(反射)되는 인장응력(引張應力)의 영향(影響)을 추가(追加)로 받는다. 본(本) 신천공(新穿孔) 배치(配置)에 의(依)한 Burn-cut는 자유면수(自由面數)의 증가(增加)와 거리(距離)의 축소(縮少)를 꾀하므로서 이효과(效果)는 더욱 증대(增大)된다. 이와 같은 효과를 위(爲)해서는 다음 두가지 점(點)을 고려해야 한다. 첫째 심기공(心技孔)의 무장약공(無裝藥孔)은 보조응력(補助應力)을 크게 하기위(爲)해 가능(可能)한 대구경(大口徑)으로 깊게 천공(穿孔)해야 한다. 둘째 각 심기공간(心技孔間)의 거리(距離)를 접근(接近)시켜 완전(完全) 발파(發破)를 기(期)해야 한다. 그 까닭은 구경(口徑)이 증가(增加)됨에 따라 2차(次) 자유면(自由面)은 넓어지고 거리가 가까울수록 장약공(裝藥孔)과 무장약공(無裝藥孔)사이의 인장응력(引張應力)은 더욱 발달(發達)되기 때문이다. 선진국(先進國)에서는 심기공(心技孔)사이의 거리(距離)를 4"로 함이 이상적(理想的)이라고 알려지고 있으나 본실험(本實驗)에 의(依)하면 더 욱 근접(近接)될수록 파괴암석(破壞岩石)이 증가(增加)되고 굴진장(掘進長)도 깊어짐이 밝혀졌다. 나아가서는 굴진장(掘進長)을 더욱 증대(增大)시키기 위(爲)해 Burn-cut로 부터 Large hole Burn-cut를 개발(開發)하여 발파회수(發破回數) max 7회(回)/일(日)로서 1발파당(發破當) 3.1m까지 시도(試圖)함으로서 고속도굴진(高速度掘進)의 기원(起源)을 마련했다. 또한 대구경(大口徑) Burn-cut에서는 큰 저항(抵抗)을 극복하기 위해 금속초유폭약(金屬硝油爆藥)을 사용(使用)함이 더욱 효과적(效果的)임이 입증(立證)됐다. 최근(最近)에 와서 저렴(低廉)한 가격(價格)과 취급안전(取扱安全)으르 각광을 받고있는 AN-FO는 비료용 또는 공업용(工業用) 초안(硝安)에 연료유(燃料油)를 혼합(混合)한 것으로서 외관(雷管)만으로는 순감(純感)하여 폭발(爆發)하지 않으나 Gelatin Dynamite등(等)의 폭발성(爆發性) 예감제(銳感劑)에 의(依)해 발파공내(發破孔內)에서 일단 기폭(起爆)되면 종래(從來)의 초안폭약(硝安爆藥)에 상당(相當)한 위력(威力)을 발휘(發揮)케 한다. AN-FO 폭제(爆劑)의 성능(性能)에 관(關)해서는 많은 보고(報告)가 있었으나 본(本) 실험(實驗)에 의(依)하면 초유혼합비(硝油混合比)는 분상(粉狀)은 93.5:6.5, prill상(狀)은 94:6이 최적(最適)이며 분상(粉狀) AN-FO는 prill상(狀) AN-FO보다 항상(恒常) 폭속(爆速)이 높다. 또한 기폭감도(起爆感度), 충격감도(衝擊感度), 진거감도(塵據感度) 등(等) 제감도(諸感度)는 타화약(他火藥)에 비(比)해 몹시 경감(鏡感)하며 전폭성(傳爆性)은 prill상(狀)이 분상(粉狀)보다 우수(優秀)함을 얻었다. 발파후(發破後) Gas도 양호(良好)하며 AN-FO는 제조후(製造後) 7일(日) 전후(前後)가 최대효과를 갖는다. 종래(從來) AN-FO는 지난 여러해 동안 로천굴(露天掘)에만 사용(使用)하여 왔으나 필자(筆者)는 AN-FO의 기초성능시험(基礎性能試驗)을 토대(土臺)로 이를 이용(利用)한 신종폭제(新種爆劑)로서 금속초유폭약(金屬硝油爆藥)과 수중폭약(水中爆藥)을 발전(發展)시켰다. 금속초유(金屬硝油)의 폭약(爆藥)은 AN-FO와 Al 금속분말의 혼합물(混合物)이며 수중폭약(水中爆藥)은 종래폭약(從來爆藥)과 AN-FO로 제조(製造)한 바 이에 관(關)해서는 다른 논문(論文)에 기술(記述)했다. 본(本) 연구(硏究)에 있어서는 단일자유면(單一自由面) 발파(發破)에 있어서 격유폭약류(隔油爆藥類)를 사용(使用)한바 그 효과(效果)가 매우 양호(良好)하였음을 확인(確認)하였다.