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.
BACKGROUND: Accurate estimates of total direct $CH_4$ emissions from croplands on a country scale are important for global budgets of anthropogenic sources of $CH_4$ emissions and for the development of effective mitigation strategies. Methane production resulted by the anaerobic decomposition of organic compounds where $CO_2$ acts as inorganic electron acceptor. This process could be affected by the addition of rice straw, water management and rice variety itself. METHODS AND RESULTS: Rice (Oryza sativa L. Japonica type, var Samkwangbyeo) was cultivated in four plots: (1) Nitrogen-Phosphorus-Potassium (NPK) ($N-P_2O_5-K_2O$:90-45-57 kg/ha); (2) NPK plus 3 Mg/ha rice straw (RS3); (3) NPK plus 5 Mg/ha rice straw (RS5); (4) NPK plus 7 Mg/ha rice straw (RS7) for 3 years (2010-2012) and the rice straw incorporated in fall (Nov.) in Gyeonggi-do Hwaseong-si. Gas samples were collected using the closed static chamber which were installed in each treated plot of $152.9m^2$. According to application of 3, 5, 7 Mg/ha of rice straw, methane emission increased by 46, 101, 190%, respectively, compared to that of the NPK plot. CONCLUSION(S): We obtained a quantitative relationship between $CH_4$ emission and the amount of rice straw applied from rice fields which could be described by polynomial regression of order 2. The emission scaling factor estimated by the relationship were in the range of IPCC GPG (2000).
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.2
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pp.24-31
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2004
A cylindrical constant volume combustion bomb is used to investigate the combustion characteristics and to analyzer the heat quantity of inhomogeneous charge methane-air mixture. To analyze the heat quantity, some definitions including the CHR ratio, the UHC ratio and the HL ratio are needed and are calculated. It is shown that the effect of stratification is not significant in case of the overall excess air ratio of 1.1, mainly due to the higher heat loss and lower thermal efficiency compared to those of homogeneous condition. In the case of the overall excess air ratio of 1.4, as the initial charge pressure decreases, the CHR ratio has been decreased while the HL ratio has been increased, Generally, as the initial charge pressure increases, the amount of injection mixture has been decreased and has resulted in lower mean velocity and turbulence intensity for injection mixture. Also, the injected mixture is too rich to result in mixing deficiency in combustion chamber. From these results, it could be possible to acquire the improvement of thermal efficiency and the reduction of heat loss simultaneously through the 2-stage injection in CNG direct injection engine.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.20
no.5
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pp.655-662
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2004
An adsorption process to recover the pure $CH_4\;and\;CO_2$ from its mixture was examined. In this study, activated carbon fibers were used as a selective adsorbent. The activated carbon fibers has 78~94% micropore volume and 10.5~20.3${\AA}$ narrow pore size, and showed high adsorption rate and the good selectivity for $CO_2$ under the ambient pressure. The ACF with high surface area showed short mass transfer zone and long breakthrough time and, its adsorption capacity depended on the microporosity. Compared with single component adsorption, the amount adsorbed $CO_2$ on ACF increased by the roll-up of $CH_4$ in mixed gases. The adsorption selectivity increased as now rate and $CO_2$ concentration of mixed gases increased, showing 5.2 selectivity for 75% $CO_2$ concentration.
Groundwater, contaminated predominantly with aromatic compounds and chlorinated ethylene, could be biologically treated in a fluidized-bed reactor with immobilized cells. The decomposition efficiency for the aromatics was over 90% at the retention time of 2.5 h. The chlorinated ethylenes, especially trichloroethylene (TCE) and cis-dichloroethylene (DCE), could be decomposed only insufficiently. No anaerobic methane formation was observed for this groundwater even at a very low dissolved oxygen (DO) concentration of 0.75 mg/L. The variation of DO concentration resulted in an optimal value of 1.5 mg/L. The recycle of air waste could increase the utilization of oxygen. The amount of low boiling pollutants stripped out remained constant with the recycle, while for the higher boiling pollutants the stripping slightly increased. Using air instead of oxygen increases the flow rate of air waste, which is connected to a higher stripping of pollutants. In this investigation, the pollutant concentration in the air waste remained constant. The stripping of main pollutants did not exceed 0.3 %.
Boron carbide thin coatings were deposited on silicon wafers by DC magnetron sputtering using a ${B}_4$C target with Ar as processing gas. Various amounts of methane gas (${CH}_4$) were added in the deposition process to better understand their influence on tribological properties of the coatings. Reciprocating wear tests employing an oscillating friction wear tester were performed to investigate the tribological behaviors of the coatings in ambient environment. The chemical characteristics of the coatings and worn surfaces were studied using X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Auger Electron Spectroscopy (AES). It revealed that ${CH}_4$addition to Ar processing gas strongly affected the tribologcal properties of sputtered boron carbide coating. The coefficient of friction was reduced approximately from 0.4 to 0.1, and wear resistance was improved considerably by increasing the ratio of ${CH}_4$gas component from 0 to 1.2 vol %. By adding a sufficient amount of ${CH}_4$(1.2 %) in the deposition process, the boron carbide coating exhibited lowest friction and highest wear resistance.
OH radical and NOx have been measured in a methane-air partially premixed flame using PLIF technique to define preheated air combustion characteristics. The temperature of mixture is determined by 300K, 400K, 600K and 800K below the auto-ignition temperature respectively. Flame height increases as equivalence ratio increased. As initial enthalpy is supplied, the radius of flame was increased and much amount of yellow flame in rich equivalence ratio was observed. This is due to the faster burning velocity. Also initial oxidization begins earlier as the initial temperature of mixture increased. It means that height of premixed flame front decreased. This phenomenon can be observed OH PLIF image. The qualitative analysis of OH concentration in the PLIF image shows that overall OH concentration increases with equivalence ratio and the initial temperature of mixture increased. At the preheating temperature goes up, axial gradient of OH concentration is less steep than that of lower temperature condition. This may identify that combustion reacts continuously, so preheated air combustion can evade the local heating and make high temperature indiscriminately in the overall reaction zone.
Kim, Hyojin;You, Young-Woo;Heo, Iljeong;Chang, Tae-Sun;Hong, Ji Sook;Lee, Ki Bong;Suh, Jeong Kwon
Clean Technology
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v.23
no.3
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pp.314-324
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2017
To verify the viability of Co, Ru and Zr-based catalyst for $CO_2$ (dry) reforming reaction, catalysts were fabricated using cordierite, silicon carbide and rota monolithic substrates, and they were compared with the conventional $Co-Ru-Zr/SiO_2$ catalyst in terms of performance and durability. Cordierite monolith was showed high activity with the least amount of active component. In addition, when Cordierite monolith was coated with Co-Ru-Zr in various ways, most excellent performance was showed at a precursor solution coating method. In particular, when 0.9 wt% Co-Ru-Zr/Cordierite was used for reaction, it was observed that 95% $CO_2$ conversion was maintained for 300 h at $900^{\circ}C$.
Groundwater contamination by nitrate exceeding water quality criteria (10 mg $NO_3{^-}-N/L$) occurs frequently. Fumarate, acetate, formate, lactate, propionate, ethanol, methane and hydrogen gas were evaluated for their nitrate removal efficiencies and removal rates for in situ bioremediation of nitrate contaminated groundwater. Denitrification rate for each substrate was in the order of: fumarate > hydrogen > formate/lactate > ethanol > propionate > methanol > acetate. Microcosm studies were performed with fumarate and acetate. When fumarate was used as a substrate, nitrate was removed 100 percent with rate of 0.66 mmol/day while conversion rate from nitrate to nitrogen gas or another by-product was 87 percent. 42 mg of fumarate was needed to remove 30 mg $NO_3{^-}-N/L$. When using acetate as carbon source, 31 percent of nitrate was removed during initial adjustment period. Among removed fraction, however, 83 percent of nitrate removed by cell growth. Overall nitrate removal rate was 0.37 mmol/day. Acetate showed longer lag time in consumption compared to that of nitrate, which implying that acetate would be better carbon source compared to fumarate as more amount was utilized for nitrate removal than cell growth.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.9
s.252
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pp.850-857
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2006
Hydrogen production using current fueling facilities is essential for near-term applications of fuel cells. A preliminary process for developing a natural gas autothermal reforming (ATR) reactor for fuel cells is presented in this paper. A experimental reactor for methane ATR was constructed and used for characterization of Jin reactor. Temperature profiles of the reactor were observed, and reformed gas compositions were analyzed to evaluate efficiency, conversion and reaction heat with varying amounts of $O_2/CH_4$ at selected furnace temperature and $H_2O/CH_4$. The amount of $O_2/CH_4$ showed strong offsets on reactor temperature, efficiency and conversion indicating that $O_2/CH_4$ is a crucial operation condition. Operation conditions which result in thermal neutrality of ATR reactor system were determined for two cases of an ATR system based on the estimation of enthalpy difference between reactants of assumed inlet temperatures and the products from experimental results. The determined conditions for thermally neutral operations could be used for guidelines to design reformers and for determining the operation parameters of a self sustaining ATR reactor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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