• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.155-155
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• 2011

신재생에너지 수요가 확대됨에 따라 신재생에너지 관련 제품에 소요되는 물질에 대한 관심이 확대되고 있다. 이들 물질은 공급리스크가 존재하는 희유금속이 주를 이루고 있다. 본 연구에서는 신재생에너지 등의 high tech 기술 확대로 인한 희유금속의 수요 및 공급을 전망하고 있는 미국의 critical raw material 관리 전략을 살펴보고자 한다. 미국은 2010년 12월 미국 에너지성(DOE : Department of Energy)에서 위기 물질 전략(Critical Materials Strategy)에 관한 리포트를 공표하였다. 클린 에너지 기술 4개 분야(영구자석, 선진 전지, 태양전지 박막, 형광 물질)에서 핵심이 되는 물질(희유금속 등)의 수급 불균형이 일어날 가능성에 대해 조사를 실시하여 리스크 평가하여 단기, 중단기로 구분하여 위기물질을 선정하였다. 클린 에너지 기술 4개 분야에서 핵심이 되는 물질(네오디움, 디스프로슘, 코발트, 리튬, 랜턴, 세륨, 테룰, 인듐, 갈륨, 유로피움, 테르비움, 이트륨)의 12광종 수급을 2025년까지 전망한 결과 전체적으로 단기(2010년~2015년)보다 중기(2015년~2025년)에 공급 부족이 확대한다고 예측되었다. 단기적으로는 인듐이 약간 부족하는 것 외에 디스프로슘과 이트륨에 관해서도 공급 부족할 것으로 예측되었다. 중기적으로는 코발트(전지 기술에 사용)와 유로피움(고효율 조명용의 형광 물질에 사용) 외 대상이 된 다른 모든 물질은 공급 부족이 발생할 것으로 전망되었다. 이를 종합하여 단기적으로는 디스프리슘, 유로피움, 인듐, 테르븀, 네오디움, 이트륨 등이, 중기적으로는 디스프리슘, 유로피움, 테르븀, 네오디움, 이트륨 등이 위기물질(Critical Material)로 분석되었다. 에너지성은 위기물질을 공급원다각화, 대체물질개발, 리유즈, 리사이클링 등을 국제적 파트너와 함께 추진하여 리스크를 관리할 것이며, 2011년까지 최신정보를 구축하여 위기물질 전략을 재설정할 예정이다. 체계적인 위기물질 선정 및 관리전략 등을 참조하고, 신재생에너지기술 변화에 따른 원재료의 중요성 및 리스크 관리현황을 기초로 우리나라에 적합한 위기관리 물질 선정 및 관리가 필요할 것이다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.2 no.2
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• pp.139-153
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• 1993

20세기 인류가 이룩한 물질문명의 화려한 발전은 물질의 과량소비 에너지의 과다소비 공해물질의 대량배출 등의 바탕 위에 이룩되었다는 것을 아무도 부인하지 못할 것이다. 이 기간 동안 인류의 삶의 질은 향상되었을지 모르나 물질 및 에너지 자원의 고갈 지구환경의 파괴 질병의 유발 등과 같은 풀기 어려운 숙제를 후손들에게 남겨놓게 되었다.

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
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• 2003.05b
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• pp.181-183
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• 2003

대기를 통해 물질과 에너지가 순환한다는 것은 이미 잘 알려진 지구화학적 과정이다. 즉, 대기를 통해 자연적 혹은 인위적인 원인으로부터 배출되는 여러 가지 물질들이 인근지역이나 때로는 광범위한 지역으로 이동되고, 태양으로부터 오는 빛을 가스나 입자상 물질들이 흡수, 산란시키거나, 일부 미세한 입자상 물질들은 구름의 응결핵으로 작용함으로써 지구의 에너지 균형에도 관여한다. 에너지나 물질의 순환이라는 측면에 더하여 가스나 입자상 물질들은 대기 중에 머무는 동안 인체나 주변 생태계에도 영향을 미치게 된다. (중략)

• Defense and Technology
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• no.5 s.291
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• pp.30-41
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• 2003

최근 컴퓨터기술의 발전과 더불어 등장한 컴퓨터모델링기법을 이용하여 현재는 존재하지 않으나 합성에 의해 만들어낼수 있는 새로운 분자들을 예측할 수 있게되었다. 이러한 기술을 에너지물질의 설계에 적용하려는 시도가 1890년대부터 시작되어, 새로운 고밀도 고에너지물질 분자들이 이론적으로 존재 가능하다는 연구결과가 속속 보고되고 있다. 에너지물질 분자들의 주요 구성원소는 C, H, N, O 등인데, 이들 원자들로부터 에너지효율을 극대화하기 위하여 선진국을 위시한 세계 여러 나라의 이론화학자들이 양자역학 이론에 바탕을 둔 ab initio 계산이 주가 되는 분자모델링 기법을 이용하여 새로운 분자들의 존재가능성을 예측하려는 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 새로운 고에너지 물질을 찾으려는 노력의 일환으로 순수한 질소 원자들로만 이루어진 분자들, 일명 질소클러스터(Nitrogen Clusters)에 대한 연구가 진행되고 있는데, N4에서 N60까지 다양한 개수의 질소원자로 이루어진 질소크러스터의 존재가능성이 이론적으로 확인되고 있고, $N5^+$가 최근 합성되는 등 이들 새로운 초 고에너지의 분자들의 출현이 기대된다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.37 no.6
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• pp.571-579
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• 2009

For the flow analysis of reactive compressible media involving energetic materials and metallic confinements, a Hydro-SCCM (Shock Compression of Condensed Matter) tool is developed for handling multi-physics shock analysis of energetics and inerts. The highly energetic flows give rise to the strong non-linear shock waves and the high strain rate deformation of compressible boundaries at high pressure and temperature. For handling the large gradients associated with these complex flows in the condensed phase as well as in the reactive gaseous phase, a new Eulerian multi-fluid method is formulated. Mathematical formulation of explosive dynamics involving condensed matter is explained with an emphasis on validating and application of hydro-SCCM to a series of problems of high speed multimaterial dynamics in nature.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.697-698
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• 2013

최근에 유연한 성질을 갖는 전자기기들의 수요가 증가하면서, 그에 따라서 유연 전자기기를 뒷받침 해줄 수 있는 에너지 저장체의 유연한 성질도 중요성이 점점 부각되고 있으며 많은 연구가 진행되고 있다. 유연한 에너지 저장체의 많은 연구들이 유연한 금속 박막이나 특수 공정처리가 필요한 고분자를 이용하고 있으나, 대부분의 유연 에너지 소자들은 에너지 저장체의 성능에 비해 고온과 산 약품과 같은 환경이 필요하며, 비용과 시간이 많이 소모되고 있다. 그에 반해 섬유는 앞에서와 같이 특수 공정 처리가 따로 필요하지 않으며 상온에서도 손 쉽게 이용 가능하며, 신축성이 뛰어난 장점이 있기 때문에 효율적, 비용적으로 유연한 에너지 저장체에 유리한 소재이다. 몸에 해로운 산과 같은 약품처리의 필요도 없으며, 용매를 흡수하는 능력이 뛰어나기 때문에 용매를 이용한 도포 방법을 사용하면 다양한 물질을 폭넓게 적용 가능하다. 그리고 적용 분야에 맞춰서 섬유의 종류를 조절하면 다양한 성질을 갖는 천 기반의 에너지 저장체가 형성되며, 면 섬유가 수소 결합과 높은 반데르 발스 결합에 의해 탄소나노튜브와 결합하여 높은 에너지 밀도를 갖는 에너지 저장체를 형성하는 것을 분석한 논문들도 보고되고 있다. 면 섬유의 특수한 성질을 이용하여 에너지 저장체를 제작하고 이를 확인하기 위해서 일반 합성 섬유인 polyester와 면 섬유를 비교 제작하였으며, 용매의 형태로 손쉽게 도포 가능한 물질은 탄소 계열의 활물질들이며, 탄소 나노 튜브나 그래핀 등이 분산된 용액을 이용해 천에 도포 가능하다. 탄소 계열의 활물질들은 대표적인 슈퍼캐패시터 물질이며, 천에 도포를 함으로써 천 기반의 슈퍼캐패시터를 제작하였다. 일반 합성 섬유 polyester와 CNT를 결합한 형태의 전극은 최대 에너지 축전 용량(Maximum specific capacitance)이 53.6 F/g으로 나타났으며, 면 섬유와 CNT를 결합한 형태의 전극은 최대 에너지 축전 용량이 122.1 F/g으로 나타났다. 따라서 면 섬유에서 높은 에너지 저장 능력을 보이는 것을 실험적으로 확인하였으며, 에너지 저장 능력이 뛰어난 면 섬유를 다음 전극 디자인에서도 일률적으로 적용하였다. 슈도캐패시터의 대표적 물질인 금속 산화물인 망간 산화물(MnO2)을 3전극 도금 시스템을 이용하여 에너지 축전 용량과 에너지 밀도를 올리는 전극을 제작하였다. 특히 망간 산화물의 형태는 표면적을 극대화하기 위해서 평균 지름은 200~300 nm 정도 되는 나노 입자의 형태로 제작하였다. 그 결과, 확연하게 에너지 축전 용량이 향상되었으며, 최대 에너지 축전 용량은 282.0 F/g, 에너지전력 밀도는 14.2 Wh/kg으로 나타나서 금속 산화물의 형태가 주는 효과를 확인할 수 있었다. 하지만 나노 입자의 형태로 제작된 금속 산화물은 문제점이 발생하였다. 금속 산화물의 전기 전도성이 매우 낮기 때문에, 전기 전도성에 비례해서 전력 밀도의 값이 표현되는데, 전기 전도성이 급격히 감소하기 때문에 전력 밀도도 급격한 감소가 나타난다. 다음과 같이 전기 전도성 물질을 첨가하는 방법은 추가의 공정이 필요한 단점이 있지만 오직 기계적인 인장응력만을 가해서 에너지 밀도와 전력 밀도를 증가시키는 전극을 제작하였다. 인장응력을 섬유 기반의 전극에 가했을 시에 가닥들간의 접촉 증가와 CNT가 정렬되면서 특정 변형률(strain) 이전에서는 전기 전도성이 최대 50% 이상 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 선행 연구에서 보고되었다. 이를 이용해서 전기 전도성과 직결되는 전력 밀도의 양도 증가시키고 에너지 밀도의 증가 여부까지 확인한 결과 인장을 가하기 전 면 섬유의 전력 밀도와 에너지 밀도는 6.4 kW/kg and 6.1 Wh/kg으로 나타났으나 30% 변형 인장 후에는11.4 kW/kg과 7.1 Wh/kg으로 나타났다. 그리고 망간 산화물을 첨가한 전극 역시 4.9 kW/kg과 14.2 Wh/kg으로 나타났었으나 인장 이후 전력 밀도는 14.2 kW/kg, 에너지 밀도는 17.6 Wh/kg으로 확연하게 증가한 것을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.89-92
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• 2006

수소에너지는 화석연료 사용의 증가로 인한 환경오염 및 자원고갈의 문제점을 해결해 줄 수 있는 미래의 청정한 에너지이다. 현재 주 에너지원인 화석연료의 사용에 의하여 배출된 오염물질이 지구온난화와 같은 문제점들을 일으킨다. 이러한 문제점들을 없애줄 수 있는 대안 중 하나가 수소에너지이다. 수소에너지는 자원이 풍부하며 연소시에 오염물질이 배출되지 않는 장점이 있다. 수소에너지는 수소를 연소시켜서 얻는 에너지로써, 수소를 태우면 같은 무게의 가솔린 보다 3배나 많은 에너지를 방출한다. 수소를 생산하는 방법 중 가장 이상적인 방법은 물을 분해하는 방법이다. 그러나 이 방법은 수소를 대량으로 생산하기에는 아직 기술에 대한 확보가 되어있질 않으며, 경제성도 떨어진다는 단점이 있다. 현재 많이 쓰이는 방법 중 탄화수소류의 메탄을 수증기 개질하는 방법이 있다. 메탄 수증기 개질방법은 환경오염물질인 CO나 $CO_2$를 배출한다는 것과 높은 열원이 필요하다 본 연구에서는 C-H결합에너지가 낮아 메탄보다 분해하기 쉬운 부탄의 직접분해로 수소를 생산하고자 한다. 부탄 직접분해는 환경오염물질인 CO나 $CO_2$가 발생되지 않는 장점이 있다. 부탄 분해반응은 $500{\sim}1100^{\circ}C$의 범위에서 이루어 졌으며, 촉매는 탄소계인 카본블랙을 사용하였고, 촉매의 성능을 비교하기 위하여 열분해반응이 동시에 수행되었다.

• Journal of Environmental Impact Assessment
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• v.12 no.4
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• pp.229-243
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• 2003

본 연구에서는 한국에서 도로 승용차로부터 배출되는 $CO_2$, 대기오염물질 및 에너지 소비에 대한 분석, 전망을 하였다. 도로 승용차 교통부분에서의 에너지 소비 및 $CO_2$와 환경오염물질의 추세는 자동차수와 년간주행거리, 평균 탑승자수, 연료 효율을 바탕으로 구하였다. 장래 에너지 소비와 배출, 시나리오 분석은 스톡홀름 환경연구소(SEI-B(Stockholm Environment Institute-Boston))에서 개발한 LEAP(Long Range Energy Alternative Planning System)을 이용하였다. 시나리오는 2005년부터 BaU(Business-as-Usual), CNG(Compressed Natural Gas) 버스의 도입, 경차 이용의 증가, 30$/TC와 300$/TC 탄소세 도입으로 정하였다. 1998년을 기준년도로 하고 2020년을 목표년도로 하여 시뮬레이션하였다. 분석결과 2020년까지의 전망 및 시나리오 분석을 통하여 도로자가용교통부분에서 에너지를 절감하고 $CO_2$ 및 대기오염물질을 저감하기 위하여 도입한 개별정책들을 통합하고 정책간 상승 효과를 볼 수 있도록 팩키지화시키는 것이 효과적이라고 분석되었다.

• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.15 no.2
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• pp.126-132
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• 2012

In recent years, serious environmental problems occur in coastal area due to high pollution loads from human activity in land. Marine biomass utilization system therefore has been proposed to prompt material circulation between land and sea. Comprehensive assessment is necessary to determine that the proposed system is suitable and sustainable. This study introduces thermodynamic concept exergy, which expresses energy quality, to describe material and energy flowing in the material circulation system. This study presents material, energy and exergy flows in the material circulation system at Sakai city located in the middle of Osaka in Japan. It is found that exergy helps a better understanding of what is a key role is in exergy-efficient material circulation system.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.161.2-161.2
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• 2010

페로니켈 제조 공정에 있어서 석탄의 비중은 총 에너지원 중 70%에 상당하며, 온실가스 배출 또한 65%에 달한다. 이에 석탄을 대체할 물질로서 RPF, RDF, Biomass, TDF 등을 고려하였으며, 자체 개발한 열정산 프로그램을 활용하였다. 해석결과 석탄 대체물질의 사용할 경우 페로니켈 제조공정의 에너지 비용을 상당량 저감할 수 있을 것으로 기대된다.