세계적인 환경 보호 정책에 따라 할로겐화탄소 냉매를 대체할 환경 친화적인 초저온 냉매의 개발과 연구가 활발히 진행되고 있다. 일반적으로 캐스캐이드 2원 냉동 시스템에서 아직까지 할로겐화탄소 냉매가 널리 사용되고 있다. 탄화수소 화합물의 한 종류인 에탄은 낮은 지구 온난화 지수와 낮은 오존층 파괴지수를 가진 친 환경적인 자연 냉매이다. 본 연구는 지구 온난화 지수가 높은 R-23 냉매와 비교하여 캐스캐이드 2원 냉동 시스템에서 에탄의 성능 시험을 목적으로 수행 하였다. 1원측에는 R-22를 사용하였으며, 증발 온도에 따른 성능은 R-23 보다 에탄(R-170)이 더 높게 나타났다.
대체에너지 개발과 탄소에너지 규제에 발맞추기 위한 전기자동차의 개발과 실용화가 전 세계적으로 가속화되고 있다. 이번 8월호에서는 허훈 전기자동차 국가표준 코디네이터로부터 전기자동차의 개요와 현황, 세계 각국의 동향과 표준화작업의 필요성에 대해 알아본다. 2012년 2월호에 게제될 다음 연재에서는 전기자동차의 표준화작업과 연구개발 실태와 현황에 관해 보다 자세히 소개할 예정이다.
국가 온실가스 인벤토리를 Tier 2 이상의 수준으로 향상시키기 위해서는 IPCC 기본값 대신 국가 고유의 배출계수가 개발 및 이용되어야 한다. 국가 고유 배출계수는 에너지원 종류, 에너지 공정, 시간 추세에 따라 달라지기 때문에, 각 에너지원별 특성값을 파악하는 것은 정확한 인벤토리 구축에 중요한 부분을 차지한다. 국내 석유계 에너지원의 물성은 시간의 경과에 따라 큰 변화는 없었으며, 국내에서 고시되고 있는 에너지원별 열량환산기준 상의 석유계 에너지원에 대한 열량 및 탄소배출계수를 2013년과 2016년에 실제 시료를 수집하여 발열량, 탄소함량 및 탄소배출계수를 산정한 결과값과의 비교분석에서는 대체적으로 일정한 값을 유지하고 있는 것으로 나타났다. 또한, 석유계 에너지원별로 산출된 순발열량과 탄소배출계수는 2006 IPCC Guideline에 나타낸 값들과 비교하였으며, 대부분의 에너지원이 2006 IPCC G/L의 기본값 및 상한, 하한 범위내의 값을 나타내었다.
본 연구에서는 탄소 균형 및 1차식에 의한 공연비 산정방법을 대체연료에 적용하여 그 결과를 비교하였다. 이전의 연구에서는 Eltinge 차트의 확장, 미연탄화수소의 보상 및 다양한 방법으로부터 계산한 결과를 비교하였다. 또한 Eltinge 방법은 현재 공연비를 산정하는 방법 중 가장 일반적인 식이라는 것을 확인하였다. 그러나 최근 지구온난화 방지를 포함하여 환경 보호와 에너지보존에 대한 요구가 증가하면서 내연기관에 대체연료를 사용이 도입되기 시작하면서 이러한 대체연료들에 대한 공연비의 정확한 산정이 필요하게 되었다. 특히, 산소를 포함하는 연료에서는 Eltigne방법을 제외하고 모든 공연비 산정법들이 다시 유도되어야한다. 이 연구에서는 이미 그 정확성이 확인된 탄소균형식을 이용하여 대체연료의 공연비를 산정하기 위해 다시 유도하였고, 각 대체 연료에 실제로 적용이 가능한 1차식을 새로이 제시하였다. 평가 결과, 탄소균형식으로 계산한 공연비는 가솔린 연료와 비교하여 다소 오차가 증가하였지만, 그 정확도는 다양한 대체 연료들에 적용하기에 충분하다는 결론을 얻었다. 또한, 제시된 1차식은 $\lambda=1.2$이하에서는 그 정확도가 매우 높았다.
2015년부터 우리나라는 온실가스 배출량 감소를 위해 교토의정서에서 제시한 메커니즘 중 탄소배출권 거래 제도를 도입하였다. 시장개념이 기본인 탄소배출권 거래 제도를 도입함으로써 온실가스 배출량을 더욱 경제적이고 효율적으로 감축할 것으로 기대되고 있다. 이미 선진국들은 온실가스 배출량을 감소시키기 위한 여러 움직임들을 보이고 있으며 특히 배출권 거래 제도는 유럽을 중심으로 활성화 되었다. 이와 동시에 신재생에너지의 보급을 통하여 전력 발전부문에서 큰 감축효과를 얻게 되었다. 하지만 2008년 서유럽으로부터 시작된 유럽지역 경제악화는 배출권 제도의 예상치 못한 단점을 보여주는 사례가 되었다. 이와 다르게 미국의 경우 배출권 제도가 아닌 전원구성변화를 통해 비교적 안정적으로 온실가스 배출량을 줄였다. 기존 기저 발전원을 담당하던 원전과 석탄화력 발전을 대체하기 위하여 가스발전의 활성화를 도입하였고, 온실가스의 배출량을 8년 사이에 약 16억톤을 감소시켰다. 이에 본문에서는 탄소배출권 거래 제도의 도입과 동시에 전원구성변화가 이루어졌다고 가정하여 탄소 배출권 가격을 고려하였을 때 계통운영비용에 어떠한 영향이 있는지 탄소 배출량에 따른 가격을 통하여 알아보았다.
잣버섯(Lentinus lepides)의 온도별 균사생장을 조사한 결과, 최적 균사 생장온도는 $25^{\circ}C$였고, 균사생육온도는 4$^{\circ}C$~35$^{\circ}C$로 나타났으며, 22$^{\circ}C$~32$^{\circ}C$에서 대체로 균사생장이 양호하였다. pH가 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0으로 조절된 MYPA(Yeast Malt Peptone Agar)를 기본배지로 하여 균사생장을 조사한 결과 최적 pH는 4.0이었고, 3.0, 5.0 순으로 균사생장이 양호하였던 반면, 다른 처리구에서는 균사생장이 극히 불량하였다. 잣버섯의 균사생장을 위한 최적 배지조성은 탄소원별 균사 생장량을 조사한 결과, maltose의 첨가구에서 균사 생장이 가장 양호하였으며, 또한 xylose, starch, cellobiose, lactose 순으로 균사 생장이 비교적 양호하였던 반면, 다른 탄소원 처리구에서는 불량하였다. 질소원별 균사 생장량을 조사한 결과, peptone을 제외한 다른 질소원 처리구에서는 균사생장이 극히 불량하였다. 위의 내용을 종합해보면 잣버섯의 최적온도는 22~32$^{\circ}C$, 최적 pH는 3.0~4.0으로 나타났다. 또한 적정 영양원은 기본배지로 선발된 MYPA에 탄소원은 maltose, 질소원은 peptone을 첨가하는 것이 가장 좋게 나타났다.
말굽버섯(Fomers formentarius)의 온도별 균사생장을 조사한 결과, 최적 균사 생장온도는 $25^{\circ}C$ 였고, 균사생육온도는 4$^{\circ}C$~35$^{\circ}C$로 나타났으며, 22$^{\circ}C$~32$^{\circ}C$에서 대체로 균사생장이 양호하였다. pH가 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0으로 조절된 MYPA(Yeast Malt Peptone Agar)배지를 기본 배지로하여 균사생장을 조사한 결과 최적 pH는 5.0이었고, 6.0, 7.0 순으로 균사생장이 양호하였던 반면, 4.0에서는 균사생장이 극히 불량하였다. 말굽버섯의 균사생장을 위한 최적 배지조성은 8종의 탄소원을 각각 1% (w/w)농도로 첨가하여 배지를 조제하여 균사생장도를 조사한 결과 glucose, starch 첨가구에서 균사생장이 가장 양호하였고, 또한, maltose, xylose, lactose, fructose순으로 균사생장이 비교적 양호하였던 반면, 다른 탄소원에서는 불량하였다. 질소원별 균사 생장량을 조사한 결과 yeast 첨가구에서 균사생장이 가장 양호하였고, 반면, 다른 질소원에서는 불량하였다. 위의 내용을 종합해보면 말굽버섯의 최적온도는 2~32$^{\circ}C$, 최적 pH는 5.0~6.0으로 나타났다. 또한 적정 영양원은 기본배지로 선발된 MYPA에 탄소원은 starch, glucose, 질소원은 yeast를 첨가하는 것이 가장 좋게 나타났다
아직까지 국내에서 사용하는 대부분의 에너지는 화석연료에 의존하고 있다. 지하자원에서 나오는 석탄, 석유와 같은 화석연료는 다른 에너지원에 비해 운송이 간편하고 쉽게 이용할 수 있는 장점이 있지만, 환경오염의 문제성과 오일가상승, 자원의양 및 저장장소가 한정되어 있다는 단점을 가지고 있다. 이에 따라 수소와 같은 대체에너지를 이용하여 환경오염을 예방하고 무한히 사용할 수 있는 에너지원을 개발하기 위한 대체 방안들이 연구되고 있다. 폐기물 가스화시 발생되는 합성가스(CO, $CO_2$, $CH_4$, $H_2$) 내 일차로 생성된 일산화탄소는 수증기와 반응함으로써 이산화탄소로 전환이 가능하다. 잔류 메탄은 이산화탄소를 이용하여 개질함으로써 합성가스내 수소농도를 높일 수 있다. 전환된 잔류가스(CO, $CO_2$, $H_2$)내 일산화탄소는 산소를 이용하여 이산화탄소로 산화시킬 수 있으며, 산화된 이산화탄소는 흡착제를 이용하여 제거가 가능하다. 본 연구에서는 실제 가스화시 발생되는 합성가스를 이용하기 위하여, RPF가스화시 발생되는 합성가스를 직접 포집하여 실험을 진행하였다. 합성가스내 소량의 메탄은 니켈촉매를 이용하여 수소로 전화시켰으며, 잔류하는 일산화탄소는 백금촉매, 이산화탄소는 탄산나트륨 흡착제를 이용하여 연속적으로 제거함으로써 순수한 수소를 제공하였다.
탄소섬유는 단위 중량 당 높은 강도 및 모듈러스를 갖기 때문에 고성능 복합 재료 제조 시 탄소보강재로 많이 사용된다. 그러나 탄소 섬유를 제조하는 공정에서 많은 시간과 높은 에너지를 소모하여 제조비용이 크게 증가하기 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있다. 따라서 생산 비용 절감을 위하여 제조 공정에 사용되는 에너지를 대체할 수 있는 고속의 저 에너지원을 적극적으로 찾아 연구할 필요가 높아졌다. 폴리아크릴로니트릴(PAN) 전구체(Precursor)로 상용화 된 탄소 섬유는 180~300℃의 대기 분위기에서 안정화 과정이 이루어지고, 1600℃ 이하의 불활성 가스 분위기에서 탄화하여 탄소 섬유를 생산할 수 있다. 이 두 공정은 많은 시간과 높은 에너지를 사용하지만, 고성능 탄소 섬유를 생산하는 데 필수적이며 중요하다. 따라서 최근에는 공정 시간을 단축하고 에너지 소비를 줄일 수 있는 플라즈마, 전자 빔 및 마이크로파와 같은 다양한 다른 에너지원을 보조적으로 사용 함으로써 저 에너지·고속 안정화 공정 기술이 시도되고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 공정과 열처리를 연속적으로 수행하여 PAN 전구체 안정화 공정을 연구하였으며, 모폴로지, 구조적 변화, 열적 및 물리적 특성 변화를 연구하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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