• 공업화학
• /
• 제35권5호
• /
• pp.429-437
• /
• 2024

메탄 건식 개질은 천연가스와 이산화탄소를 사용해 수소를 생산하는 방식으로 온실가스 배출을 줄이고 무탄소 에너지를 제공할 수 있다. 그러나 강한 흡열 반응으로 인해 온도 급강하와 그로 인한 촉매 비활성화가 발생함에 따라 실증 및 상용화에 어려움이 있다. 본 연구에서는 고정층 반응기 내 메탄 건식 개질 공정을 시뮬레이션하기 위해 전산유체역학 기반의 다중물리 시뮬레이션 플랫폼을 개발하고, 두 종류의 구형 촉매(에그쉘형과 균일형)의 성능을 비교하였다. 에그쉘 모델은 균일 촉매 모델에 비해 반응기 중심부에서 약 20 K 높은 온도를 유지할 수 있음을 보였다. 또한, 에그쉘 모델은 급속하게 진행되는 반응을 억제하여 전반적인 메탄 전환율과 수소 수율에서 우수한 성능을 나타냈다. 개발된 시뮬레이션 플랫폼은 다양한 반응기 및 촉매 설계 조합을 평가하고 반응기 크기와 운영 프로토콜을 최적화하는데 사용될 수 있다.

• 대기
• /
• 제31권5호
• /
• pp.625-635
• /
• 2021

South Korea established the 2050 Carbon Neutral Plan in response to the climate crisis, and to achieve this policy, it is very important to monitor domestic carbon emissions and atmospheric carbon concentration. Both CO₂ and CO are emitted from fossil fuel combustion processes, but the relative ratios depend on the combustion efficiency and the strength of local emission regulations. In this study, the relationship between CO₂ and CO was analyzed using ground observation data for the period of 2018~2020 at Anmyeon-do site and the CO/CO₂ ratio according to regional origin during high CO₂ cases was investigated based on the footprint simulated from Stochastic Time-Inverted Lagrangian Transport (STILT) model. CO₂ and CO showed a positive correlation with correlation coefficient of 0.66 (p < 0.01), and averaged footprints during high CO₂ cases confirmed that air particles mainly originated from eastern and north-eastern China, and inland of Korean Peninsula. In addition, it was revealed that among the cases of high CO₂ concentration, when the CO/CO₂ ratio is high, the industrial area of eastern China is greatly affected, and when the ratio is low, the contribution of the domestic region is relatively high. The ratio of CO₂ and CO in this study is significant in that it can be used as a useful factor in determining the possibility of domestic and foreign origins of climate pollutants.

• 한국토양비료학회지
• /
• 제46권6호
• /
• pp.502-509
• /
• 2013

2011~2012년 2년간 전북 군산과 익산 지역의 관행농 벼를 재배하는 농가를 대상으로 온실가스 배출량 산정을 위한 인벤토리 목록을 구축하였다. 2년 누적 평균 데이터를 사용하여 전과정평가를 수행하고, 탄소성적 산출 및 온실가스 배출의 주요인을 분석하였다. 분석된 온실가스 배출 주요인자들을 대상으로 민감도 분석을 수행하여 온실가스 잠재량을 산정하고, 대상지역 농가들이 적용할 수 있는 온실가스 저감 영농법을 제안하고자 하였다. 관행농 쌀 생산농가를 대상으로 전과정 목록분석을 수행한 결과 탄소성적은 쌀 1 kg 생산을 기준으로 2.21 kg $CO_2.-eq.kg^{-1}$가 발생되었다. 온실가스 중 $CO_2$ 배출량이 가장 많았으나, 지구온난화 지수를 곱하여 이산화탄소 등가 ($CO_2$-eq.)로 환산하면 벼 생산체계의 탄소성적에서 메탄발생 기여도가 가장 컸다. 전체 $CO_2$ 배출량 중 복비생산 공정에서 37%가 발생하였고, 단비생산으로 10%, 벼 재배과정 중 40%가 발생하였다. 벼 재배 중 $CO_2$ 발생원은 농기계의 화석연료 사용에 의한 불완전 연소이다. $CH_4$는 대부분 벼 재배 중에 발생되었으며, 벼논의 메탄 발생 요인은 혐기조건의 담수논이다. $N_2O$은 대부분 벼 재배과정에서 배출되었고, 벼 재배 중 $N_2O$의 발생요인은 복비, 요소 비료, 퇴비 등의 비료시용이었다. 에너지 사용량 변화에 따른 민감도 분석결과 에너지원 중 경유의 민감도가 가장 높았고, 경유사용량을 10% 줄였을 때 약 2.5%의 $CO_2$ 감축 잠재량이 산정되었다. 복비 시용량을 10% 줄였을 때 $CO_2$는 약 1%, $N_2O$는 약 1.8%의 감축잠재량이 산정되었다. 퇴비시용을 10% 줄이면 약 1.5%의 메탄발생이 감소하고, 아산화질소는 약 1% 감소효과가 나타났다. 물떼기 일수가 10일 증가하면 메탄발생량이 약 4.5% 감소되었다. 투입량의 변화에 따른 온실가스 감소 효과가 가장 큰 요인은 벼논 물떼기 일수의 증가 및 경운과 수확시 사용하는 농기계용 경유사용량 감소였다. 그에 따라 중간낙수 및 무경운 등이 탄소배출 저감 영농법으로 제시되었다.

• 유기물자원화
• /
• 제30권4호
• /
• pp.67-83
• /
• 2022

바이오차는 바이오매스를 산소가 제한된 환경에서 고온(300~700℃)으로 열분해하여 얻어지는 탄소 함량이 높은 생성물이다. 최근 바이오차는 농업 부산물을 최소화하고 순환 경제의 효율성을 높이는 효과적인 도구로 농업 및 환경 분야에서 다양한 용도로 널리 사용되고 있다. 바이오차를 만드는 재료로 왕겨, 가축분, 보릿짚 등 여러종류의 유기성 부산물이 사용되고 있으며, 약 10% 바이오차 적용(wt/wt)은 작물의 수확량, 토양 탄소 격리량을 높여준다는 연구 결과가 있다. 우리나라 농경지의 경우 논에서 밭으로 토지 이용이 전환되거나 간척으로 인한 갯벌이 논으로 개간되고, 산림에서 밭이나 시설재배지로 개간되는 경우가 발생한다. 그러므로 농경지 전환으로 인한 농경지별 바이오차 적용 효과가 상이할 것으로 판단된다. 그러나 국내에서 농경지 유형별 바이오차 종류와 투입 수준에 따른 토양 탄소저장 연구는 여전히 미흡한 상황이다. 이에 본 연구는 농경지 토양별 바이오차 종류와 투입 수준에 따른 토양 탄소저장과 무기화되어 배출되는 이산화탄소(CO₂) 배출량을 정량적으로 평가하였다. 본 연구에 사용한 재료는 보릿짚, 가축분을 수거, 건조 등 전처리 과정을 거친 후 충남 예산에 있는 바이오차 제조공장 탄화로를 이용하여 TLUD (Top Lit Up Draft) 상향 통풍형 열분해 방식으로 약 500℃에서 제조하였다. Kinetic 모델 적용 결과 토양에 투입된 탄소 무기화는 바이오차를 투입하지 않으면 토양 종류별 8.2~16.5% 비율로 탄소원이 무기화 되어 이산화탄소로 배출되었다. 노지 밭 토양에서 15.5~16.5%로 가장 높았고, 간척지 토양에서 8.2~8.7%로 가장 낮았다. 이는 토양 내 탄소 함량이 높은 토양에서 유기물의 분해가 상대적으로 높아 배출되는 이산화탄소(CO₂)는 탄소 함량에 비례하여 증가하는 것으로 판단된다. 바이오차를 투입한 토양에서 탄소 함량이 증가함에도 상대적으로 무기화되는 비율은 낮아졌다. 국제 바이오차협 회에서는 H:C 비율이 0.7 이하면 100년 이상 토양 내 탄소 격리효과가 있는 것으로 인정되고 있다. 본 연구를 통해 바이오차의 원료물질이 상이한 보릿짚, 가축분 바이오차 간 탄소 무기화에 미치는 영향이 상이할 것으로 판단했지만, 각각의 바이오차 H:C 비율이 0.30~0.39로 0.7 이하임으로 토양에 혼합하였을 때 탄소 무기화의 비율이 낮고 탄소 격리의 효과가 나타났다.

• 한국농림기상학회지
• /
• 제16권4호
• /
• pp.336-342
• /
• 2014

본 연구는 우리나라의 광역지자체의 산림지 온실가스 배출량을 시범산정하기 위해 수행되었다. 온실가스 배출량은 국가 온실가스 인벤토리 산정 지침에 따라 산정하였으며, 이를 위해 임업통계연보 및 산림관련 활동 자료 및 배출계수를 이용하였다. 그 결과 산림지의 2011년 총 배출량은 -58,711Gg $CO_2eq.$, 벌채, 연료재 수집, 산불에 의한 배출량은 19,896Gg $CO_2eq.$로 나타났다. 2011년을 기준으로 산림지에서는 온실가스를 흡수하는 것으로 나타났고, 순 배출량은 -38,815Gg $CO_2eq.$로 나타났다. 광역지자체 별로는 강원도에서 온실가스를 가장 많이 흡수하는 것으로 나타났다. 본 연구의 산정결과는 현재 중복산정을 최대한 배제하고자 많은 통계를 활용하지 않은 것으로, 향후 활동자료 및 배출계수 등을 보완하여 산정할 필요가 있을 것으로 사료된다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제17권1호
• /
• pp.21-27
• /
• 2016

온실가스로 인한 지구 온난화는 전 세계적인 주요 문제로 인식되고 있으며, 많은 나라들은 $CO_2$ 배출 감축을 위한 많은 노력을 하고 있다. 연소 후, 연소 전, 순산소 연소의 다양한 $CO_2$ 포집 기술들이 개발되고 있으며, 그 중 본 연구에서는 연소 전 $CO_2$ 포집 기술로서 수성가스전환반응기와 기체분리막의 융합 시스템을 고찰하였다. CO 전환율을 높이기 위해 고온 수성가스반응과 저온 수성가스반응이 결합된 2단 WGS 반응기를 사용하였고, 비다공성 Pd/Cu 분리막을 이용하여 수소를 선택적으로 분리하여 $CO_2$를 농축하였다. 연소 전 $CO_2$ 포집에서의 활용을 고려하여 65% CO, 30 % $H_2$, 5% $CO_2$의 기체 혼합물에 대한 하이브리드 시스템의 성능을 CO 전환율과 수소 분리의 측면에서 평가하였다. 공급기체유량 1000ml/min에서 수성가스 전환반응의 운전조건으로 온도는 $200-400^{\circ}C$, 압력은 0-20bar, S/C 비는 2.5-5의 영역에서 성능을 평가하였다. 2단 수성가스전환반응기에서 CO의 전환율은 최고 99.5%이었으며, Pd/Cu 분리막을 통하여 $CO_2$를 83%로 농축시켰다.

• 자원환경지질
• /
• 제38권1호
• /
• pp.1-22
• /
• 2005

이산화탄소($CO_2$)는 기후협약에 관한 교토의정서에서 적시한 온실가스 중에서 가장 중요한 물질이다. 이에 세계 각 국은 화석에너지 사용의 효율성 증가, 저탄소 함량의 에너지원, 대체에너지원 개발 등 이산화탄소 배출량을 조절하고 줄이기 위한 기술 개발에 상당한 노력을 기울이고 있다. 그러나 교토의정서에서 제시한 배출량을 만족시키기 위해서 는 이산화탄소 처분 기술의 개발과 적용이 필수적으로 요구된다. 현재까지 개발된 이산화탄소 처분 기술 중에는 심부 대수층 처분, 심부 석탄층 처분, 유전 및 가스전 처분, 탄산염광물화 처분 등의 지중(지질) 처분 기술이 그 안정성 및 환경적 친화성으로 말미암아 가장 적극적으로 고려되고 있다. 본 논문에서는 이산화탄소 지중 처분 기술, 특히 대수 층 처분 및 탄산염광물화 처분 기술의 지구화학적 개념과 기술개발 동향에 대하여 알아보고 또한 각 지중 처분 기술 의 장점과 단점에 대하여 검토하고자 한다.

• 농업과학연구
• /
• 제44권4호
• /
• pp.463-476
• /
• 2017

Climate change is considered as the greatest threat to our future and descendants. The Korean government has set a target for 2030 to reduce emission of greenhouse gases (GHGs) by 37% from the business-as-usual levels which are projected to reach 851 million metric tons of $CO_2eq$ (Carbon dioxide equivalent). In Korea, GHGs emission from agriculture account for almost 3.1% of the total of anthropogenic GHGs. The GHGs emitted from agricultural land are largely classified into three types: carbon dioxide ($CO_2$), methane ($CH_4$), and nitrous oxide ($N_2O$). In Korea, rice paddies are one of the largest agricultural $CH_4$ sources. In order to analyze domestic research trends related to $CH_4$ emission from rice paddies, 93 academic publications including peer reviewed journals, books, working papers, reports, etc., published from 1995 to September 2017, were critically reviewed. The results were classified according to the research purposes. $CH_4$ characteristics and assessment were found to account for approximately 65.9% of the research trends, development of $CH_4$ emission factors for 9.5%, $CH_4$ emission reduction technology for 14.8%, and $CH_4$ emission modeling for 6.3%, etc. A number of research related to $CH_4$ emission characteristics and assessment have been studied in recent years, whereas further study on $CH_4$ emission factors are required to determine an accurate country-specific GHG emission from rice paddies. Future research should be directed toward both studies for reducing the release of $CH_4$ from rice paddies to the atmosphere and the understanding of the major controlling factors affecting $CH_4$ emission.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제37권5호
• /
• pp.481-488
• /
• 2013

10 %의 암모니아가 첨가된 메탄 연료의 비예혼합 확산화염에서, 산소/이산화탄소 및 산소/질소의 산화제 내에 산소 비율의 변화에 따른 질소산화물($NO_x$)의 생성 특성을 실험 및 수치해석적으로 조사하였다. 동축류 제트 화염의 실험에서, 산소/이산화탄소의 산화제인 경우, 측정된 $NO_x$은 산소 비율의 증가에 따라 약간 증가하는 경향을 보였다. 반면에, 산소/질소의 산화제인 경우, $NO_x$은 0.7의 산소 비율에서 최대로 측정되었으며, 산소 비율에 따라 비단조적인 경향을 보였다. 결과적으로, 암모니아가 첨가된 메탄 화염에서 배출되는 $NO_x$는 일반 공기의 조건보다 순산소 연소 조건의 경우가 더 크게 측정되었다. 한편, 다양한 산화제의 조건에 대하여 $NO_x$ 생성 특성을 분석하기 위해서, 동일한 화학반응 메커니즘을 적용하여 1 차원 및 2 차원의 수치해석을 수행하였다. 그 결과, 산소/질소의 산화제에서 2 차원의 수치해석 결과가 실험적으로 측정된 $NO_x$의 배출 특성을 비교적 잘 예측하였다.

• 한국농림기상학회지
• /
• 제18권4호
• /
• pp.274-286
• /
• 2016

전체 온실가스 배출량의 약 72%를 차지하는 이산화탄소($CO_2$)는 지구온난화를 야기하는 대표적인 온실가스로 분류되어 있다. IPCC의 제5차 기후변화 종합평가보고서(2014)에 의하면, 지난 100년간 지구 대기의 $CO_2$는 약 35% 증가했으며 지구의 온난화는 최근 30년간 심화되는 것으로 나타났다. 이에 따라 지구 온난화에 따른 기후변화, 기상이변으로 산림식생대의 이동과 식물계절 변화가 유발되고 있다. 산림은 교토의정서에서 인정한 유일한 온실가스 흡수원으로서 보전 및 증진 필요성이 있으며 기후변화에 대한 수목 반응의 연구는 미래의 산림생태계 변화를 예측하는데 필수불가결한 요소이다. 따라서 장기 기후변화 연구시설을 이용한 수목의 생리 생태적 반응 연구와 실제 산지에서 이루어지는 장기 모니터링 연구를 결부하여 이용한다면 기후변화로 인한 미래 산림생태계의 변화를 예측하고 대응하는데 크게 기여할 것이다.