• 대한환경공학회지
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• 제37권9호
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• pp.526-532
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• 2015

유기성폐수 처리공정에서 악취발생농도가 높을 것으로 예상되는 양돈분뇨 처리공정에 pellet과 stone을 충진한 생물 반응기를 도입하고 대조시설로서 생물반응기를 도입하지 않는 활성슬러지법 공정과 비교하여 반응조 운전상태, 처리수질, 악취발생농도를 측정하였다. 거품발생, 처리수 투시도 등에서 생물반응기를 도입한 반응조가 훨씬 안정적인 모습을 보였으며 BOD 제거효율도 우수하였다. 반면, 총질소(T-N), 총인(T-P) 제거효율은 두 개의 반응조가 큰 차이를 보이지 않아 방류수 수질기준을 만족시키기 위해서는 별도의 고도처리를 하여야 할 것으로 나타났다. 악취는 암모니아성 질소, 암모니아 농도, 복합악취를 기준으로 살펴본 결과 생물반응기를 도입한 공정이 활성슬러지 공정보다 적게는 4배에서 최대 24배 이상 낮게 나타나 악취원인물질 발생이 적은 것으로 나타났다. 황화수소, 메틸머캅탄, 디메틸설파이드, 디메틸디설파이드 농도는 각각의 반응조 모두 검출되지 않거나 5 ppb에 불과하였으며 두 반응조의 차이 또한 크지 않는 것으로 나타났다. 생물반응기 공정에서는 주로 Bacillus sp./ Pseudomonas sp. 종이 주를 이루고 활성슬러지 공정에서는 Bacterium sp. Chryseobacterium sp. 종이 주를 이루었다.

• 한국가스학회지
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• 제25권5호
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• pp.11-18
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• 2021

수소는 동일한 공연비(AF ratio, Air-to-fuel ratio)에서 가솔린에 비해 점화에너지가 현격히 낮기 때문에, 희박한 혼합기 조건에서도 안정적으로 연소할 수 있는 장점을 가지고 있어 연소를 기반으로하는 내연기관에도 적용이 가능하다. 그러나 일부 연소조건에서 역화(Back-fire) 혹은 조기 점화(Pre-ignition)와 같은 이상 연소가 발생하기 쉬운 문제를 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 엔진의 흡기(Intake gas mixture)를 구성하는 신기(Fresh air)와 수소 연료를 각각 냉각하여 공급함으로써, 역화를 최소화하여 최고 출력을 향상하는 연구를 진행하였다. 2.4 L급 전기점화(SI, Spark-ignition)엔진이 사용되었으며 수소는 포트분사 방식(PFI, Port Fuel Injection)으로 공급하였다. 신기의 온도는 터보차저가 장착된 상황에서 인터쿨러(Intercooler)를 이용하여 제어하였으며, 수소의 냉각은 칠러의 냉매와 열교환기를 통하여 직접 냉각 후 공급하였다. 그 결과 신기의 온도를 10~20 ℃가량 냉각시킬 경우 최고출력이 약 6.5~8.6 % 가량 향상되는 것을 확인할 수 있었으며, 수소를 -6 ℃까지 냉각하여 공급할 경우 마찬가지로 약 7.7 % 가량의 최고 출력을 향상할 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제30권6호
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• pp.395-408
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• 2020

고분자 전해질 막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 환경오염물질 배출이 없는 친환경 에너지 변환 장치로 주목을 받고 있다. PEMFC의 구성요소 중 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 음극에서 발생되는 수소이온을 양극으로 전달하는 역할과 동시에 분리막으로써 연료의 투과를 차단하는 역할을 수행하는 핵심 소재이다. 대표적으로 Nafion®과 같은 과불소화계 고분자 전해질 막이 상용화 되어있지만 높은 단가 및 분해 시 환경오염물질이 배출되는 단점이 존재하여, 이를 대체할 탄화수소계 고분자를 활용한 전해질 막 개발에 관한 연구들이 수행되고 있다. 높은 수소이온 전도도를 가지며 동시에 우수한 물리·화학적 안정성을 갖는 탄화수소계 고분자 기반 전해질 막을 개발하기 위해 가교 구조가 도입된 전해질 막을 개발하는 연구들이 보고되고 있다. 본 총설은 가교 전해질 막을 제조하기 위해 이온교환 작용기가 도입된 탄화수소계 고분자를 활용하여 다양한 종류의 가교 전해질 막을 제조하는 방법에 대해 논하였다.

• 청정기술
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• 제29권3호
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• pp.163-171
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• 2023

최근 탄소중립을 위한 청정에너지로 주목받고 있는 수소는 기존에 화석연료의 수증기 개질 반응을 통한 생산에 의존해왔다. 하지만, 이산화탄소의 방출로 인한 한계가 있어 바이오매스 유래 바이오오일의 수증기 개질 반응이 대안으로 제안되고 있다. 바이오오일의 큰 분자량과 다양한 작용기를 가진 탄화수소들이 섞여 있는 복잡성으로 인해 Ni/Al₂O₃ 개질 촉매의 비활성화되는 문제가 발생해 니켈계 촉매의 개선이 필요하다. 본 총설에서는 바이오오일의 수증기 개질 반응에 이용되는 니켈계 촉매의 개선을 활성상, 담체 및 조촉매의 관점에서 정리했다. 활성상은 고분자의 탄화수소들의 C-C, C-H 결합을 끊어 분해 및 전환하고, 귀금속 및 전이금속이 활용될 수 있다. 담체 및 조촉매는 격자산소를 이용하거나 산점을 억제해 촉매의 비활성화의 주요원인인 탄소 침적을 억제하는 방식으로 촉매를 개선할 수 있다. 바이오오일에 기반한 청정수소 생산에 있어 우수한 성능의 개질 촉매 개발은 중요한 역할을 할 것이다.

• 광물과 암석
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• 제35권3호
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• pp.313-331
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• 2022

무기 자연 수소(H₂)는 천연가스의 주요 구성성분이지만, 청정 및 재생 가능한 에너지로써 글로벌 에너지 분야에서 그 중요성이 다소 과소평가되고 있다. 이 논문은 우리가 과거에 생각했던 것보다 훨씬 광범위한 환경에서 무기 자연 수소가 대륙 암석권에서 대량 생성된다는 최근 논문들을 바탕으로 자연 수소의 발생 기작과 이와 관련된 다양한 지질학적 특징들을 검토하였다. 지금까지 확인된 자연 수소의 주요 근원암은 (1) 초고철질암, (2) 철(Fe²⁺)이 풍부한 암석으로 구성된 강괴, (3) 우라늄이 풍부한 암석이다. 이 암석들은 선캄브리아 시대 결정질 기반암 그리고 중앙 해령과 대륙기반의 오피올라이트(ophiolite), 페리도타이트(peridotite) 암체에서 사문암화된 초고철질암과 밀접하게 관련된다(Zgonnik, 2020). 이 근원암들에서 자연 수소를 생성하는 무기적 작용은 (a) 광물(예, 감람석)의 Fe²⁺이 산화되는 동안 물의 환원, (b) 방사성 붕괴로 인한 수전해, (c) 규산염 암석의 기계적 파괴(예, 단층) 동안 물과 표면 라디칼의 반응 등이며, 자연 수소는 자유 기체(51%), 다양한 광물 내의 유체포유물(29%), 지하수의 용존기체(20%) 형태로 발견된다(Zgonnik, 2020). 우리나라의 경우 아직 자연 수소 연구가 수행되지는 않았지만, 경상분지 내 무기 자연 수소의 생성과 부존 가능성은 두꺼운 퇴적분지 내에서 초고철질암, 층간 현무암층과 철/구리 부화대 존재, 그리고 페름기-제3기 동안 능동적 대륙 연변부에서 여러 번의 화성활동 등을 포함한 지질학적/지구화학적 특성을 고려하면 상당히 높은 것으로 평가된다. 최근 지질 기원의 자연 수소를 연구/탐사하는 국외 학자들과 산업체들은 가까운 미래에 자연 수소가 깨끗하고 재생 가능한 획기적인 에너지원 역할을 할 것으로 전망하고 있다. 따라서 우리나라에서 자연 수소의 경제적 활용을 위한 부존지 발견 여부와 상관없이 지하의 암석-유체 상호작용에 관한 통합 연구를 통해 아직 밝혀지지 않은 자연 수소의 성인과 탐사는 차세대 핵심 연구임이 분명하다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권7호
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• pp.689-696
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• 2010

디젤엔진은 높은 열효율과 우수한 연비 성능 등의 장점을 가지고 있으나, 기화된 연료와 주변 공기가 혼합된 후 착화되는 과정을 거치기 때문에 이론 공연비 영역에서는 질소산화물(NOx) 배출이 증가되는 문제점을 가지고 있다. 최근 활발히 연구되고 있는 높은 정화 효율을 가진 LNT 촉매는 희박 분위기 조건에서는 NOx를 흡장하게 되고 과농한 분위기에서는 환원 분위기 형성을 통하여 NOx를 저감시키게 된다. 희박 공연비에서 동작하는 디젤 엔진에서는 이러한 환원 과정을 이루기 위해 주기적으로 과농한 분위기를 형성해주어야만 하는데, 이러한 연구는 NOx 저감을 위해 HC를 포함한 환원제의 농도를 제어하는 기술로서 본 연구에서는 디젤을 연료로 하는 수소농후가스 발생장치를 이용하여 LNT 촉매에 환원제로서 수소농후가스를 직접 공급하는 방식으로 LNT 촉매의 NOx 저감 특성을 파악하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.294-299
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• 2010

본 연구의 목적은 열안정성을 향상시키는 첨가제 (열안정제)를 이용하여 exo-tetrahydrodicyclopentadiene (exo-THDCP, $C_{10}H_{16}$)의 열안정성을 향상시키는 것이다. 실험은 반응 진행 중 미량의 시료 추출이 가능한 회분식 반응기에서 수행되었다. 추출한 시료를 gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)를 이용해 성분 분석하여 첨가제 성능-exo-THDCP의 열분해성-을 확인하고, 반응시간에 따른 exo-THDCP의 분해생성물의 성분 및 조성 변화를 통해 첨가제의 작용 메커니즘을 규명하였다. 열안정제로써 수소공여체를 사용하여 실험한 결과 1,2,3,4-tetrahydroquinoline (THQ), benzyl alcohol (BnOH) 등을 첨가하였을 때 exo-THDCP의 열안정성이 향상되었다. 이러한 수소공여체 물질들은 개시반응이 진행된 exo-THDCP 라디칼에 수소원자 (hydrogen radical)를 제공함으로 라디칼의 반응성을 완화시켜 1차 생성물의 활성을 감소시키어 2차생성물질인 $C_{11}$ 이상 생성물의 발생을 감소시키는 것으로 밝혀졌다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.832-835
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• 2009

폐기물의 감량화 및 자원화 기술 중 가장 대표적인 기술로 폐기물의 가스화 용융 기술을 들 수 있다. 폐기물 가스화 용융 기술은 폐기물 내의 탄소 및 수소 성분은 가스화 하여 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스(synthesis gas, syngas)로 전환하고, 불연물은 용융하여 환경적으로 무해한 슬래그 또는 금속으로 회수하는 기술이다. 본 연구에서는 고발열량폐기물과 탈수슬러지 혼합가스화를 통하여 생산된 합성가스를 합성가스 압축기를 통하여 유용한 원료물질을 제조하는 공정인 수성가스 전환 반응(water gas shift reaction)과 가스화 반응기의 보조연료로 투입하기 위한 합성가스 압축, 이송 시스템의 운전 특성을 고찰하였다. 그 결과 고발열량폐기물과 탈수슬러지 혼합가스화에서 합성가스는 안정적으로 발생하였으며, 합성가스 압축, 이송시스템을 위한 정제설비에서의 분진제거는 99.07 %의 효율을 얻었고, 또한 합성가스 재순환 장치의 성능시험을 통하여 대기 중의 산소가 유입이 안 되는 기밀성을 확인하였다. 합성가스 압축, 이송 공급 유량 제어 실험 결과로는 합성가스 압축기 기동 시 합성가스 압축압력과 공급유량은 비례적으로 증감하는 것을 알 수 있었다.

• 상하수도학회지
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• 제24권1호
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• pp.85-92
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• 2010

본 연구에서는, 하폐수 처리시설에서 발생하는 기체상 무기악취물질을 저온 플라즈마 공정으로 제거하고, 악취물질과 반응 후 배출되는 오존 함유 배가스로 유기성 슬러지의 감량과 가용화 효과를 얻고자 복합반응기를 구성하였으며 일련의 실험을 진행하였다. 플라즈마를 통과한 대상 무기악취물질인 황화수소는 플라즈마를 단독으로 거쳤을 시 약 70%의 처리효율을 보였으며, 최종적으로 슬러지 반응조까지 통과했을 경우는 99% 이상의 처리효율을 보였다. 이 때 플라즈마 공정에서 배출되는 가스에 포함된 오존은 슬러지 반응조를 통과하여 90~100%의 제거효율을 보였다. 배가스가 슬러지 반응기에 산기되면, 유기물 산화가 단계적으로 진행되며 4시간 반응 시 슬러지의 TCOD는 약 50~60% 감소하고 SCOD는 4~5배 증가하였다. 따라서 가용화율은 운전 시간이 지날수록 증가하여 4시간 이후 약 10%까지 증가하였다. 결과적으로 저온 플라즈마와 슬러지 산기반응조 복합공정을 적용하면, 하폐수 처리시설 운영상에 나타나는 악취배출과 잉여슬러지 처분 문제에 동시 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제23권1호
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• pp.31-48
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• 1998

가축분뇨, 음식쓰레기 둥의 유기성 고형 폐기물의 퇴비화처리 과정의 성능 향상과 암모니아 가스 발생을 저감화 하려는 연구의 일환으로서 파이로트 규모의 원통형 회분식 분해조 및 숙성조를 설계, 제작하여 퇴비화 성능과 탈취 효과를 분석하였다. 고형퇴비화 처리에 미치는 주요요인은 초기재료의 수분, 탄질비, 수소이온농도, 발효온도 및 통기조건 등이다. 돈분에 부자재인 톱밥을 혼합하여 초기 재료의 수분, 탄질비, 수소이온농도 등을 동일한 재료로서 같은 수준에 유지하고 연속통기와 간헐통기 방식으로 퇴비화하는 동안에 분해 및 숙성단계의 부위별 발효온도의 변화, 산소흡수 및 탄산가스 배출농도의 변동, 평균통기량, 재료의 평균온도 변화, 암모니아가스 배출농도의 변화 등을 분해 및 숙성 전기간을 통해 측정하고 초기재료와 숙성재료의 주요 이화학적 성분을 분석하여 퇴비화 성능과 회비 탈취 효율을 비교하였다. 주요 연구결과는 다음과 같다. 1. 숙성과정 8일 이후의 암모니아가스 탈취효율은 연속통기법이 90%이고, 간헐통기법이 70%였으며, 분해 및 숙성과정의 발효온도, 탄산가스 발생, 암모니아가스 배출농도 및 숙성회비의 성분 둥의 결과로서 판단할 때 에 퇴비 화 소요기 간은 6주간이었다. 2. 탄산가스 배출농도 변화로서 간헐통기 퇴비화 방식은 연속통기법에 비하여 분해과정이 7일 정도 빠르고, 숙성과정이 10일 정도 단축되었으며 암모니아가스 농도도 적게 나타나고 있었다. 3. 퇴비화 분해과정이 지난 후 숙성과정 도입단계에서 퇴비재료의 혼합 교반에 따른 재료의 고온상승으로 인한 암모니아가스의 고농도화 현상의 억제대책이 필요하다고 판단되었다.