• 펄프종이기술
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• 제48권2호
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• pp.34-45
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• 2016

Global warming and climate change have been caused by combustion of fossil fuels. The greenhouse gases contributed to the rise of temperature between $0.6^{\circ}C$ and $0.9^{\circ}C$ over the past century. Presently, fossil fuels account for about 88% of the commercial energy sources used. In developing countries, fossil fuels are a very attractive energy source because they are available and relatively inexpensive. The environmental problems with fossil fuels have been aggravating stress from already existing factors including acid deposition, urban air pollution, and climate change. In order to control greenhouse gas emissions, particularly CO2, fossil fuels must be replaced by eco-friendly fuels such as biomass. The use of renewable energy sources is becoming increasingly necessary. The biomass resources are the most common form of renewable energy. The conversion of biomass into energy can be achieved in a number of ways. The most common form of converted biomass is pellet fuels as biofuels made from compressed organic matter or biomass. Pellets from lignocellulosic biomass has compared to conventional fuels with a relatively low bulk and energy density and a low degree of homogeneity. Thermal pretreatment technology like torrefaction is applied to improve fuel efficiency of lignocellulosic biomass, i.e., less moisture and oxygen in the product, preferrable grinding properties, storage properties, etc.. During torrefacton, lignocelluosic biomass such as palm kernell shell (PKS) and empty fruit bunch (EFB) was roasted under an oxygen-depleted enviroment at temperature between 200 and $300^{\circ}C$. Low degree of thermal treatment led to the removal of moisture and low molecular volatile matters with low O/C and H/C elemental ratios. The mechanical characteristics of torrefied biomass have also been altered to a brittle and partly hydrophobic materials. Unfortunately, it was much harder to form pellets from torrefied PKS and EFB due to thermal degradation of lignin as a natural binder during torrefaction compared to non-torrefied ones. For easy pelletization of biomass with torrefaction, pellets from PKS and EFB were manufactured before torrefaction, and thereafter they were torrefied at different temperature. Even after torrefaction of pellets from PKS and EFB, their appearance was well preserved with better fuel efficiency than non-torrefied ones. The physical properties of the torrefied pellets largely depended on the torrefaction condition such as reaction time and reaction temperature. Temperature over $250^{\circ}C$ during torrefaction gave a significant impact on the fuel properties of the pellets. In particular, torrefied EFB pellets displayed much faster development of the fuel properties than did torrefied PKS pellets. During torrefaction, extensive carbonization with the increase of fixed carbons, the behavior of thermal degradation of torrefied biomass became significantly different according to the increase of torrefaction temperature. In conclusion, pelletization of PKS and EFB before torrefaction made it much easier to proceed with torrefaction of pellets from PKS and EFB, leading to excellent eco-friendly fuels.

• 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.

• 해양환경안전학회지
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• 제19권6호
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• pp.658-665
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• 2013

본 연구에서는 국제해사기구(IMO)의 뜨거운 관심분야로 부상되고 있는 선박기인 입자상물질(PM)과 오염물질 배출에 관하여 한국해양대학교 실습선 한바다호를 이용하여 계측하였다. 특히, PM은 TEM 그리드를 이용해 채취하고 전자현미경으로 구조를 파악하였으며, NOx, $CO_2$, CO 등의 배기가스는 연소가스분석기(PG-250A, HORIBA)를 이용해 측정하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 1) 선박이 항구에서 출항할 때, Bunker Change로 인한 PM 배출량은 최대 30 % 정도 차이가 있었다. 2) 정속 운항을 하면서 Bunker-A에서 L.R.F.O(3 %)로 변경할 때 측정한 PM 배출량은 $1.34mg/m^3$, L.R.F.O(3 %)로 고정해 측정한 PM 배출량은 $1.19mg/m^3$, L.R.F.O(3 %)만 사용하며 주기관 회전수를 20 % 증가시키면서 계측한 PM 배출량은 $1.40mg/m^3$ 이었다. 또한, 저질유(L.R.F.O(3 %))로 변경시 CO 농도는 약 16 % 증가하는데 비해 RPM을 20 % 상승시킨 경우에는 152 % 이상 급격한 증가를 보였다. 이러한 결과로부터 배기가스 배출의 증가는 연료유종의 영향도 있으나, RPM의 변화에 민감하다는 것을 알 수 있었다. 3) TEM 그리드로 채취한 PM은 약 $4{\sim}10{\mu}m$ 정도의 다양한 입경을 가지는 다공질 응집체 형상의 구조인 것으로 확인하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권1호
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• pp.69-78
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• 2010

일반주택의 먼지오염실태를 연구하기 위하여 2009년 1월부터 2월까지 대구지역내의 도시지역(24곳) 및 농촌지역(24곳)의 일반주택 48가구를 대상으로 진공청소기에 포집된 먼지를 수거한 뒤 100 ${\mu}m$ 이하로 체거름하고 산추출한 후에 발암물질로 알려진 Cd과 Ni을 포함한 모두 14개 원소(Al, Ca, Cd, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, V, Zn)를 ICP로 분석하였다. 농축계수를 이용한 발생원을 평가한 결과, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, V 성분은 암석풍화, 토양의 재비산 등과 관련된 자연적인 발생원의 영향을 받았고, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn 성분은 연료의 연소, 폐기물소각 등과 관련된 인위적인 발생원의 영향을 받고 있는 것으로 추정되었다. 미량원소성분의 농도는 자연적인 발생원성분에서 유래되는 성분이 높았고, 인위적인 발생원에서 유래되는 성분이 낮았다. 인위적인 발생원의 기여도는 도시지역(2.5%)의 먼지가 농촌지역(2.0%)의 먼지에 비해 높았다. 오염지수를 이용한 중금속성분의 오염도를 평가한 결과, 도시지역이 농촌지역에 비해 1.8배정도 높게 오염된 것으로 추정되었다. 지역별 미량원소성분간의 상관성을 분석한 결과, 농촌지역과 도시지역이 공통적으로 자연적-자연적 발생원 성분간(Al-Mg, Al-Mn, Fe-Mn), 자연적-인위적 성분간(Al-V, Fe-Cr, V-Mn)이 유의하게 양호하였다. 그리고 농촌지역이 도시지역보다 유의한 상관성이 많았다. 또한 유해 중금속성분과 영향인자간의 상관성을 분석한 결과, 난방연료로 기름을 사용하는곳이 가스나 전기를 사용하는 곳보다, 어린이가 있는 곳이 없는 곳보다, 주택과 대도로 사이가 10 m 미만인 곳이 이상인 곳보다, 주택연수가 10년 이상인 곳이 미만인 곳보다 상대적으로 중금속을 많이 함유하고 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권2호
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• pp.423-429
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• 2008

석탄을 가스터빈에 직접 사용하여 발전 효율을 높이고자 용매추출법으로 회분이 제거된 청정석탄 제조공정이 개발되고 있다. 용매추출에 의해 생산된 청정석탄에는 미량의 알카리금속이온이 들어있어서 연소시에 터빈 날개의 부식을 일으킬 수 있다. 이 연구에서는 청정석탄 제조공정의 알카리금속이온 제거를 위하여 무기이온교환제인 ${\alpha},{\beta}$-인산금속 산화물들(ZP: $Zr(HPO_4)_2$, TP: $Ti(HPO_4)_2$, ZTP: $ZrTi(HPO_4)_4$, Z1TP3: $Zr_{0.25}Ti_{0.75}(HPO_4)_4$, Z3T1P: $Zr_{0.75}Ti_{0.25}(HPO_4)_4$)과 H-Y 제올라이트를 제조하여 수용액 및 석탄이 용해된 고온의 유기용매(N-methyl-2-pyrrolidone)에서 나트륨 이온 제거 특성을 비교 분석하였다. ${\beta}$ 형태의 인산금속산화물들은 모사 수용액($Na^+$ Conc. 100 ppmw)에서 ${\alpha}$ 형태에 비해 높은 이온교환용량을 가지고 있으며 H-Y 제올라이트에 비해서도 높은 나트륨 이온 제거용량을 보여주었다. 이온교환매체가 고온의 유기용매($Na^+$ Conc. 12 ppmw in NMP)일 경우에는 H-Y 제올라이트의 나트륨이온 제거율은 $300^{\circ}C$까지 90% 이상이었으나, 그 이상의 온도에서는 50% 가량으로 급격히 감소하는 경향을 보여주었다. 그러나 ${\beta}$ 형태의 인산금속산화물들은 여러 온도조건($250{\sim}400^{\circ}C$)에서 90% 이상의 제거율을 나타내었고 강산용액을 이용한 재생 후에도 최초 실험과 유사한 나트륨 이온 제거율을 보여주었으며 그 중 가장 높은 제거율을 나타낸 $Zr_{0.75}Ti_{0.25}(HPO_4)_2$는 알카리금속이온 제거공정에 가장 적합한 무기이온교환제로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권6호
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• pp.1002-1007
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• 2012

에너지 수요의 지속적인 증가는 화석 연료의 사용을 통해 상당한 부분이 충족되고 있으며 이로 인한 이산화탄소의 배출은 지구온난화의 주요 원인으로 인식되고 있다. 대규모 발생원으로부터 이산화탄소를 포집하기 위한 방안의 하나로 흡수 공정이 적용되고 있으며, 흡수제의 흡수 및 재생으로 구성된 연속 순환 공정 특성상 흡수제의 특성뿐만 아니라 흡수 재생 운전 조건은 전체 공정 성능에 매우 중요한 부분을 차지한다. 이러한 최적의 운전 조건은 실제로 운전되고 있는 공정에서 찾아내는 것이 최선이라 할 수 있으나, 이를 위해 실제 상용 공정의 운전 변수를 임의로 변경하는 것은 공정 안정성 측면에서 현실적으로 불가능한 경우가 많다. 따라서 본 논문에서는 이러한 현실적인 제약을 극복하고자 흡수제의 기-액 상평형에 대한 이론적인 접근법을 적용하였다. 12 wt% $NH_3$ 수용액을 이용한 $CO_2$ 흡수 공정에서 최적 흡수 재생 조건 파악에 적용된 이론적인 접근법을 20 wt% Monoethanl amine (MEA) 수용액에 적용하여 흡수제의 최적 재생 조건을 예측하였다. 12 wt% $NH_3$ 수용액을 $CO_2$ 흡수 재생 공정에 사용할 경우, 재생 공정으로 공급하는 흡수액의 $CO_2$ 부하(loading)를 0.4 이하로 유지하는 것이 필요한 반면, 20 wt% MEA 수용액을 사용하는 경우에는 재생 공정으로 공급되는 흡수액의 $CO_2$ 부하에 대한 제한이 필요 없음을 알 수 있었다. 최적 재생 온도는 이론적 접근법을 이용해서 재생 공정으로 공급되는 흡수액의 $CO_2$ 부하에 따라 결정할 수 있으며, 재생된 흡수액의 $CO_2$ 부하는 흡수 공정에서 필요한 $CO_2$ 흡수량에 따라 결정되고 이를 기준으로 최적 재생 온도에 해당하는 열원의 공급량을 결정할 수 있게 된다. 12 wt% $NH_3$ 수용액을 이용한 실험실 규모의 연속 $CO_2$ 흡수 재생 실험에서 최적 재생 조건을 비교적 정확하게 예측할 수 있었던 이론적 접근법을 20 wt% MEA 수용액에 적용하여 최적 재생 조건 예측에 적용할 수 있음을 확인하였고, 실제 화학흡수제를 이용한 $CO_2$의 흡수 재생 공정의 설계 및 운전에 사용할 수 있는 가능성을 확인하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제13권1호
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• pp.9-20
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• 2007

PAHs는 해양환경 중에 넓게 분포되어 있으며 인간활동에 의한 화석연료 이용으로 PAHs의 오염이 광범위하게 일어나고 있다. PAHs는 잠재적으로 해양 수서환경 생물에 발암성과 돌연변이를 일으키고 있다. 본 연구는 여수화학공단, 광양제철소와 콘테이너부두가 자리잡고 있는 광양만의 표층퇴적물에서의 PAHs를 Soxhlet Extractor를 이용하여 추출하여 GC-MS로 PAHs 13종을 검출하였고 TOC(Total Oragnic Carbon)와 입도분석을 행하였다. 분석된 퇴적물에서 PAHs 화합물 모두가 검출되었으며 Total PAHs 범위는 $171.40{\sim}1013.54{\mu}g/kg$ dry wt.로 검출되었다. PAHs 화합물중 Naphthalene이 $14.08{\sim}691.39{\mu}g/kg$ dry wt.로 거의 모든 시료에서 가장 높게, Anthracene이 $0.49{\sim}22.66{\mu}g/kg$ dry wt.로 가장 낮게 나타났다. Total PAHs와 PAHs 화합물의 상관관계는 Naphthalene, Phenanthrene과 같은 저분자량 물질에서 높은 상관관계를 나타내었다. P/A(Phenanthrene/Anthracene)비 와 F/P(Fluoranthene/Pyrene)비의 결과에 의하면 연소기원과 유류오염 기원의 복합적인 영향을 받는 것으로 보여진다. Total PAHs와 TOC와의 상관계수는 높지는 않지만 양의 상관관계를 나타내었으며, 입도와의 상관관계는 높지는 않지만 퇴적물 입자의 크기가 세립 할수록 PAHs와 상관관계가 있음이 나타났다. 광양만 표층퇴적물에서 PAHs의 검출농도는 생물학적 영향에 대한 기준(biological effect guidelines)에 비해 낮은 값을 보여주고 있다.

• 대한기관식도과학회:학술대회논문집
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• 대한기관식도과학회 1972년도 춘계종합 학술대회 초록집
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• pp.5-6
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• 1972

1960년이래 우리나라 산업은 현저하게 발달하였으며 이에 따르는 부수적인 현상이라고 할 수 있는 교통기관의 발달과 도시인구의 비대도 병행하였다. 그리나 이미 선진국가에서 겪었던 경험과 같이 기계문명의 발달과 함께 자연 환경의 파괴라는 문제에 봉착하게 되었다. 대기오염과 도시소음은 호흡기 질환, 이비인후과 질환, 안질환, 그리고 도시민에 주는 불안감과 피로촉진 적인 요인이 되고 있음은 이미 밝혀졌으며 또한 활발하게 이에 관련되는 연구들이 진행되고 있다. 때문에 인류의 사회복지 향상을 위한 노적의 결과가 우리들의 건강을 위협하는 이율배반적인 현상을 초래하게끔 강요하였다는 모순을 볼 수 있다. 대기오염을 유발시키는 원인은 연료의 연소에 기인되므로 연료사용량의 증가는 대기오염도를 심하게 하여 주는 원인이 된다. 대기 오염물질의 발생원은 연료를 많이 사용하는 곳으로 일반적으로 교통기관, 산업장, 화력발전소 및 난방, 취사 등으로 구분한다. 따라서 연료 사용량과 연소방법을 기초로 하여 연간 대기로 배출하는 오염물질을 추정할 수 있다. 1960년에서 1969년 즉 10년간의 우리나라 연료사용량을 기초로 하여 향후 1980년까지의 대기오염물질의 연간 배출량 추세를 보면 1970년도에 연간 약 80만톤의 오염물질을 전국의 대기속으로 배출하였으며 향후 뚜렷한 대책을 강구치 않는 한 1975년도에는 약 3배로 증가할 것이며 10년 후인 1980년에는 약 6배로 증가된 462만들을 배출할 것으로 추산할 수 있다. 미국의 경우 1968년도의 연간 오염물질 배출량을 보면 2억 1천 4백만 톤을 배출하였으며 1966년도보다 약 70%증가하였다. 그러나 우리나라의 경우를 보면 같은 연도의 증가율은 2.3배로서 3년간의 배출 증가는 미국보다 훨씬 높은 추세를 나타내고 있었다 국토 단위면적(km$^{7}$ )으로 볼 때 우리나라의 1975년도에는 약 24톤을 배출하였으며 미국의 1968년도와 비슷한 배출량이라 할 수 있다. 1975년도에 서울에서 배출되는 오염물질의 양은 연간 36.4만 톤이며 하루에 약 1,000톤을 배출할 것으로 산출된다. 이 사실을 오염원 별로 보면 연간 배출되는 총량의 약 40%는 자동차의 배기에 의하여 오염되고 있으며 산업장은 약 30%를 차지할 것으로 추정된다. 한편 1970년도에 전국에서 배출된 양의 22.8%가 서울에서 집중적으로 배출되었음은 심각한 문제이며 이와 같은 현상을 보존키 위한 대책의 필요성을 암시하여 주고 있다. 서울시에서 배출되고 있는 유해가스 중 자극성이 있는 가스로써 비인후계 질환을 일으키는 유독가스 유황산화물, 질소산화물, 탄화수소는 전 배출량의 절반 이상을 차지하고 있다 특히 유황산화물의 배출원인은 유황분의 농도가 높은 방카C유를 도시에서 많이 사용하고 있기 때문에 라고 생각된다. 실제로 서울시의 대기중에 배출되는 연간 총량의 95%는 벙커 C유라고 지적한 바 있다. 전술한 바와 같이 서울시에서 배출되는 오염물질의 40%는 자동차의 배기에 의하여 오염되고 있으므로 자동차의 문제만 해결한다면 대기오염물질의 40%에 해당되는 연간 배출량인 15만톤(1975년도)은 제거가 가능하며 또한 벙커 C유를 다른 연료로 대치한다면 약 10만톤 유황산화물을 제거할 수 있다 즉 1975년도의 연간 총 배출량 36.4만 톤 중 약 70%에 해당되는 25만톤은 해결할 수 있다는 결론을 얻을 수 있으며 여러 실험결과를 종합하면 최소 약 50%의 배출물을 제거할 소 있는 것으로 믿는다. 도시소음의 발생원은 교통소음, 산업소음, 건설소음 및 일반소음 등으로 구분될 수 있으며 연간 시민들에 의하여 60%가 소음으로 인한 피해에 대한 호소였음을 볼 때 가장 큰 비중을 차지한다고 할 수 있다. 도시소음은 자연의 정숙을 파괴하는 가장 큰 원인이라 할 수 있지만 한편 너무나 큰 비중을 차지하는 공공성을 띄우고 있거나 또는 취재대상이 명확히 구분되지 않는 경우가 많다는 것이 특징이다. 따라서 건설소음은 현재 세계적으로 행정적 규제를 강력히 시행 못하고 있으며 다만 공정에 사용되는 기계류를 기계공학적인 면에서 개선하고 있는 실정이며 교통기관의 경우는 운행노선의 조절(교통량분산) 항로조절, 역사이전 등의 소극적인 방법을 취하고 있으며 일반소음은 경범죄 및 선거법으로 단속하고 있는 실정이다. 도시소음의 가장 큰 비중을 차지하는 소음원은 교통소음이라 할 수 있으며 서울시의 주간도로 주변의 소음도는 평규 75㏈이며 최고 소음도는 85㏈이다. 특히 경적음은 100㏈ 전후로서 도로주변 소음으로서 가장 문제가 된다. 자동차의 운전상태에 따라 소음발생도는 달라서 대형 차량의 경우 발차시의 가장 크며 소형자동차는 속도에 비례하여 크다. 노후차량일수록 소음도는 커서 그 원인은 정비 불량으로 발생되는 차체소음이라 할 수 있다. 따라서 대책면에서 볼 때 정비강화, 교차로와 주차장의 감소 그리고 운행 장애물 제거등에 주력을 두어야 하며 독일의 소음방지 법령중 Hessen 경찰명령(제11조)에 의하면 라인에 경고하는 그의 목적에 자동차 경적을 사용하였을 때에는 200마르크 이상 500마르크 이하의 벌금을 과료하고 있으며 우리나라의 경우는 거의 없다고 할 수 있다. 서울시는 급진적으로 비대하여져 과거 교외에 있던 역이 현재 13개소가 주택지의 가운데 있게 되었으며 기차소음으로 인한 생활환경의 파괴는 크다. 실제로 신촌역의 경우 철로에서 200m 지점에서 소음을 측정한 결과 듸젤기관차에서는 68㏈에서 79㏈였으며 석탄기관차는 68㏈에서 98㏈였다. 공해방지법의 소음평가 방법(NRN)으로 소음분석 및 평가하면 최소 200m 지점에서는 모두 공해방지법에 저촉을 받고 있으며 특히 경적음과 석탄기관차의 주행은 NRN 60을 초과하였으며 이 수치는 ISO의 평가내용에 의하면 주민들의 지역사회 활동에 강력하게 장해를 준다는 결론을 얻을 수 있다. 기차소음의 대책면에서 볼 때 경적을 경종으로 대치하며 또한 주행속도를 조절한다면 많은 도움이 될것으로 추측된다. 일본의 경우 연속철(long rail)의 채용, 탄성체, 결장치의 사용 침목과 철로의 연결지점에 진동흡수재료사용 그리고 필요한 지점에 1~1.5m 높이의 방음벽설치등으로 많은 효과를 얻었다고 한다.