• 동력기계공학회지
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• 제22권1호
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• pp.56-63
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• 2018

After the recent fabrication of diesel vehicle exhaust gas by Volkswagen, nitrogen oxides ($NO_x$) and particulate matter (PM) are drawing attention as representative pollutants included in exhaust gas. When gasoline and diesel fuels are combusted through direct injection into a combustion chamber at high pressure, PM emission is actually increased. To find a solution to this problem, a basic study was conducted to derive an optimized variable for combustion of compressed natural gas (CNG) by applying CNG, acknowledged as a clean fuel, to direct injection system. The essence of this study is in the introduction of a radical ignition technology for compressed natural gas (RI-CNG) in a sub-chamber type engine. The direct injection system was applied to a sub-chamber to remove residual gas from previous combustion cycle. In addition, optimal mixer distribution was achieved by precisely setting ignition timing based on fuel injection timing and excess air ratio.

• Corrosion Science and Technology
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• 제21권6호
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• pp.514-524
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• 2022

Carbon emissions from fuel consumption have been pointed by scientists as the cause of global warming. In particular, fossil fuels are known to emit more carbon when burned than other types of fuels. In this regard, International Maritime Organization has announced a regulation plan to reduce carbon dioxide emissions. Therefore, recently, Liquefied Natural Gas propulsion ships are responding to such carbon reduction regulation. However, from a long-term perspective, it is necessary to use carbon-free fuels such as hydrogen and ammonia. Nitrogen oxides might be generated during ammonia combustion. There is a possibility that incompletely burned ammonia is discharged. Therefore, rather than being used as a direct fuel, Ammonia is only used to reduce NO_X such as urea solution in diesel vehicle Selective Catalyst Reduction. Currently, LPG vehicle fuel feed system studies have evaluated the durability of combustion injectors and fuel tanks in ammonia environment. However, few studies have been conducted to apply ammonia as a ship fuel. Therefore, this study aims to evaluate corrosion damage that might occur when ammonia is used as a propulsion fuel on ships.

• 한국재료학회지
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• 제24권8호
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• pp.434-442
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• 2014

Serious environmental problems have been caused by the greenhouse effect due to carbon dioxide($CO_2$) or nitrogen oxides($NO_x$) generated by the use of fossil fuels, including oil and liquefied natural gas. Many countries, including our own, the United States, those of the European Union and other developed countries around the world; have shown growing interest in clean energy, and have been concentrating on the development of new energy-saving materials and devices. Typical non-fossil-fuel sources include solar cells, wind power, tidal power, nuclear power, and fuel cells. In particular, organic solar cells(OSCs) have relatively low power-conversion efficiency(PCE) in comparison with inorganic(silicon) based solar cells, compound semiconductor solar cells and the CIGS [$Cu(In_{1-x}Ga_x)Se_2$] thin film solar cells. Recently, organic cell efficiencies greater than 10 % have been obtained by means of the development of new organic semiconducting materials, which feature improvements in crystalline properties, as well as in the quantum-dot nano-structure of the active layers. In this paper, a brief overview of solar cells in general is presented. In particular, the current development status of the next-generation OSCs including their operation principle, device-manufacturing processes, and improvements in the PCE are described.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권11호
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• pp.1065-1072
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• 2012

바이오디젤 연료는 그 안에 포함된 산소성분으로 인해 압축착화엔진에 사용했을 때 일반디젤 연료보다 더 적은 입자상 물질을 배출한다. 따라서 이 연료를 저온연소 기법에 적용하는 경우 보다 효과적으로 $NO_x$-PM을 동시 저감할 수 있고 그로부터 저온연소 운전영역의 확장을 기대할 수 있다. 이번 연구에서는 일반디젤과 대두유 기반의 바이오디젤 연료를 이용하여 산소농도 5~7%의 Dilution controlled regime에서 저온연소 운전을 구현하고 성능 및 배기 특성을 조사하였다. 엔진 실험 결과로부터 바이오디젤 연료의 경우 디젤에 비해 약 14% 낮은 발열량에도 불구하고 높은 세탄가 및 함산소 성질로 인한 연소효율 증가로 동일 연료량 분사 시 이보다 더 낮은 약 10~12% 정도의 출력이 감소함을 볼 수 있었다. 배기 측면에서도 바이오디젤 내 산소원자가 입자상물질의 산화반응을 촉진하여 최대 90%의 smoke 저감이 가능함을 관찰하였다. 또한 엔진 과급 실험으로부터 과급을 사용하여 저온연소 및 바이오디젤 사용으로 인한 출력 저하를 개선할 수 있음을 확인하였으며 과급과 바이오디젤 연료의 동시 적용을 통해 산소농도 11~12%의 EGR 가스 투입으로도 저온연소에 상응하는 PM-$NO_x$ 동시 저감이 가능함을 보여주었다. 이런 결과는 결국 이와 같은 과급 및 바이오디젤 연료의 적절한 조합으로부터 엔진 출력 향상과 배기특성 개선이 동시에 달성할 수 있고 이로부터 운전영역의 확대가 가능함을 의미한다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권5호
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• pp.157-164
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• 2021

최근 미세먼지와 관련된 환경문제를 개선하기 위해 유해물질을 제거할 수 있는 광촉매와 흡착제에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 전체 공극량이 일반 건설재료에 비해 상당히 큰 폼 콘크리트에 다량의 마이크로 공극를 갖는 야자계 활성탄소를 이용해서 다공성 폼 복합체를 제작하였다. 미세먼지 흡착 가능성을 평가하기 위해 제작된 폼 복합체에 대해 공극 구조를 분석하였다. 폼 복합체의 공극구조 분석은 측정된 질소 흡착등온선으로부터 BET와 Harkins-jura이론을 적용하였다. 분석결과 활성탄소를 혼입한 폼 복합체의 비표면적과 마이크로 공극 부피가 Plain보다 크게 증가하였다. 활성탄소 혼입율이 증가할수록 폼 복합체의 비표면적과 마이크로 공극 부피가 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 폼 복합체가 가스상의 미세먼지 전구물질 NO_X에 대한 흡착성능이 높을 것으로 보인다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.183-184
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• 2013

Two main MBE growth techniques have been used: plasma-assisted MBE (PA-MBE), which utilizes a rf plasma to supply active nitrogen, and ammonia MBE, in which nitrogen is supplied by pyrolysis of NH3 on the sample surface during growth. PA-MBE is typically performed under metal-rich growth conditions, which results in the formation of gallium droplets on the sample surface and a narrow range of conditions for optimal growth. In contrast, high-quality GaN films can be grown by ammonia MBE under an excess nitrogen flux, which in principle should result in improved device uniformity due to the elimination of droplets and wider range of stable growth conditions. A drawback of ammonia MBE, on the other hand, is a serious memory effect of NH3 condensed on the cryo-panels and the vicinity of heaters, which ruins the control of critical growth stages, i.e. the native oxide desorption and the surface reconstruction, and the accurate control of V/III ratio, especially in the initial stage of seed layer growth. In this paper, we demonstrate that the reliable and reproducible growth of GaN on Si (110) substrates is successfully achieved by combining two MBE growth technologies using rf plasma and ammonia and setting a proper growth protocol. Samples were grown in a MBE system equipped with both a nitrogen rf plasma source (SVT) and an ammonia source. The ammonia gas purity was ＞99.9999% and further purified by using a getter filter. The custom-made injector designed to focus the ammonia flux onto the substrate was used for the gas delivery, while aluminum and gallium were provided via conventional effusion cells. The growth sequence to minimize the residual ammonia and subsequent memory effects is the following: (1) Native oxides are desorbed at $750^{\circ}C$ (Fig. (a) for [$1^-10$] and [001] azimuth) (2) 40 nm thick AlN is first grown using nitrogen rf plasma source at $900^{\circ}C$ nder the optimized condition to maintain the layer by layer growth of AlN buffer layer and slightly Al-rich condition. (Fig. (b)) (3) After switching to ammonia source, GaN growth is initiated with different V/III ratio and temperature conditions. A streaky RHEED pattern with an appearance of a weak ($2{\times}2$) reconstruction characteristic of Ga-polarity is observed all along the growth of subsequent GaN layer under optimized conditions. (Fig. (c)) The structural properties as well as dislocation densities as a function of growth conditions have been investigated using symmetrical and asymmetrical x-ray rocking curves. The electrical characteristics as a function of buffer and GaN layer growth conditions as well as the growth sequence will be also discussed. Figure: (a) RHEED pattern after oxide desorption (b) after 40 nm thick AlN growth using nitrogen rf plasma source and (c) after 600 nm thick GaN growth using ammonia source for (upper) [110] and (lower) [001] azimuth.

• 환경영향평가
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• 제30권3호
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• pp.141-154
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• 2021

본 연구에서는 전산유체역학(CFD) 모델을 이용한 수치 모의에서 춘천시 약사지구 도시 재정비 사업에 의한 약사천 복원과 아파트 단지 건설이 주변 지역의 오염물질 농도에 미치는 영향을 분석하였다. 사업에 의한 영향을 비교하기 위해 도시재정비 사업 전과 후인 2011년과 2017년의 지형 자료를 이용하여 바람장과 오염물질 농도장을 모의하였다. 수치 실험에서 아파트 단지 건설의 영향과 하천 복원의 효과를 구분하여 분석하도록 시나리오를 구성하였다. 대상 지역의 평균적인 배경 바람장을 반영하기 위해 춘천 종관기상관측소(ASOS)의 풍향 및 풍속 자료를 유입 경계 조건으로 사용하고, 모의 결과를 유입 풍향의 8방위별 빈도에 따라 가중평균하였다. 시나리오 간 건물·지형 변화에 따른 풍속과 NO_X 농도 분포의 차이를 비교하였다. 그 결과 주변 도로에서 배출된 NO_X 농도는 아파트 단지 건설에 의해 증가하였으며, 아파트 단지 건설과 하천 복원을 함께 고려한 결과에서는 증가 폭이 감소하였다. 이를 지점별로 나누어볼 때, 복원한 하천 주변으로는 NO_X 농도가 감소하는 한편, 건설한 아파트 단지 주변으로는 농도가 크게 증가하였다. 아파트 단지 주변의 NO_X 농도 증가는 풍향을 기준으로 아파트 단지의 후면에 위치한 곳에서 더욱 뚜렷하였으며, 그 영향은 건물 높이까지 나타났다. 이러한 결과를 통해 사업 대상 지역의 주풍향에 대한 아파트 단지 건설과 하천 복원의 상대적인 배치가 주변 대기질을 결정하는 주요 요소임을 확인하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제42권6호
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• pp.437-445
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• 2018

국제해사기구(IMO)에서는 해양 환경보호를 위해 황산화물($SO_X$), 질소산화물($NO_X$), 이산화탄소($CO_2$) 등의 선박 배기가스 배출 규제를 강화하고 있으며, 특히 미국, 유럽을 중심으로 배출가스통제구역(Emission Control Area, ECA)을 설정하여 운용하고 있다. 이러한 환경 규제의 대응방법으로서 친환경 고효율 선박에 대한 요구가 커지면서 배출가스를 줄일 수 있는 전기추진시스템 관련 연구 및 기술에 대한 관심이 늘어나고 있다. 컨테이너선과 같은 상선은 경제속도 운항의 이유로 전기추진시스템의 적용대상에서 벗어나 있었으나, 앞으로 배기가스 배출 규제가 강화되고 4차 산업혁명 기술로 대표되는 빅데이터, IoT 기술을 적용한 자동화 시스템이 선박에 적용되기 위해서는 모니터링 및 제어가 쉬운 전기추진시스템이 필요할 것으로 전망된다. 따라서 본 논문에서는 6,800TEU 컨테이너 선박을 대상으로 전기추진시스템을 적용하기 위해서 기존 컨테이너 선박의 부하분석을 통해 부하분석 기반의 발전기 및 배터리 용량 설계를 목표로 연구를 진행하였다. 부하분석기반으로 설계된 시스템은 배터리를 이용한 부하분배제어를 통해 발전기가 높은 효율구간에서 운용할 수 있다는 장점이 있다.

• 한국항만경제학회지
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• 제38권1호
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• pp.129-142
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• 2022

과거에는 대기오염에 대한 관심이 온실가스에 집중되어 있었지만, 최근 몇 년 사이 미세먼지에 대한 관심이 고조되고 있다. 언론 및 환경단체 등에서는 미세먼지에 의한 대기오염에 대해 지속적으로 강조하고 있다. 미세먼지에 대한 경각심이 높아지는 가운데 국외 유입을 제외한 국내 요인으로써 항만에서 발생되는 대기오염이 심각한 것으로 분석되고 있다. 이를 인지하고 항만에서 발생하는 대기오염을 감소기키기 위해 국내에서도 항만지역등 대기질 개선에 관한 특별법을 제정하여 항만에서 기인하는 대기오염을 억제시키려는 시도를 하고 있다. 이 법에서는 선박뿐만 아니라 차량, 하역기계 등 항만 전체에서 발생하는 대기오염물질을 규제하며, 선박과 관련한 정책으로는 ECA, VSR, AMP가 있다. 본 연구에서는 인천항을 대상으로 이러한 친환경 정책의 효과에 대해 분석하고자 하였다. 우선적으로 정책이 없을 경우를 가정하여 선박에서 발생한 대기오염물질 배출량을 산정한 후, 각각의 정책에 대한 분석과 최종적으로 모든 정책이 반영된 실제 배출량을 산정하여 비교하는 연구를 수행하였다. 유럽환경청과 미국환경보호국에서 제시하는 방법론을 이용하였으며, 분석대상 오염물질은 국립환경과학원에서 제공하는 황산화물(SO_X), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NO_X), 총부유물질(TSP), 미세먼지·초미세먼지(PM₁₀, PM_2.5), 암모니아(NH₃)를 대상으로 하였다. 분석결과, 모든 정책이 반영된 실제 배출량은 약 4,097톤/년으로 정책 미 반영시의 약 4,857톤/년에 비해 약 760톤/년의 배출저감 효과가 있는 것으로 분석되었다. 각 정책의 효과를 개별적으로 분석하였을때는 ECA 4,111톤/년, VSR 4,854톤/년, AMP 4,843톤의 대기오염물질 배출량이 발생하는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 인천항 대기환경과 관련된 정책수립의 기초자료 및 근거자료로 사용될 수 있을 것이다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제19권1호
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• pp.82-88
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• 2011

Lean combustion and exhaust emission characteristics in a ethanol fueled spark-ignited engine according to ethanol-gasoline fuel blending ratio were investigated. The test engine was $1591cm^3$ and 10.5 of compression ratio SI engine with 4 cylinders. In addition, lambda sensor system was connected with universal ECU to control the lambda value which is varied from 1.0 to 1.5. The engine performance and lean combustion characteristics such as brake torque, cylinder pressure and rate of heat release were investigated according to ethanol-gasoline fuel blending ratio. Furthermore, the exhaust emissions such as carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbon (HC), nitrogen oxides ($NO_x$) and carbon dioxide ($CO_2$) were measured by emission analyzers. The results showed that the brake torque, cylinder pressure and the stability of engine operation were increased as ethanol blending ratio is increased. Brake specific fuel consumption (BSFC) was increased in higher ethanol blending ratio while brake specific energy consumption (BSEC) was decreased in higher ethanol blending ratio. The exhaust emissions were decreased as ethanol blending ratio is increased under overall experimental conditions, however, some specific exhaust emission characteristics were mainly influenced by lambda value and ethanol-gasoline fuel blending ratio.