• 한국가스학회지
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• 제27권2호
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• pp.7-15
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• 2023

전기식 액중형 펌프 (electrical submersible pump, ESP)는 인공채유 (artificial lift) 기법 중 적용성과 운영 효율이 높아 전 세계 생산정에서 운영되고 있다. 저류층에서 ESP 운영 시 온도·압력, 가스·오일비, 유량 등의 변수는 ESP 성능에 영향을 미치는 요소로서, 특히 생산유체 내 자유 가스 (free gas)는 ESP의 수명 및 운영 효율을 감소시키는 주요 요인에 해당한다. 이에 본 연구에서는 ESP 성능에 영향을 미치는 변수를 정량적으로 분석하고자 현장 운영조건에서 ESP 성능실험과 손상모사 실험이 가능한 환형 유동 시스템 (flow loop system) 을 개발하였다. 개발 장치는 ESP와 튜빙 (tubing)을 하나의 시스템으로 연동시켜 ESP의 고장 및 원인 진단, 튜빙의 누출 특성을 파악할 수 있는 일체형 시스템에 해당한다. 본 연구에서는 ESP 성능 평가와 관련된 단상 유체 (single phase)와 2상 유체 (two phase) 실험을 통해 ESP를 안정적으로 운영하기 위한 유동 조건을 규명하였다. 도출된 결과값은 ESP 고장 예측 및 진단 프로그램 개발을 위한 기본 자료를 제공하며, ESP 운영을 위한 최적 운영 조건 및 고장 진단을 위한 실시간 모니터링에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제19권1호
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• pp.74-85
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• 2016

진해만의 소규모 내만인 당항포만, 당동만, 원문만, 고현성만, 마산만에서의 해수교환율 평가를 위하여 EFDC 모델을 이용해 진해만 전체의 해수유동을 재현하고, 라그랑지(입자추적) 및 오일러(염료확산) 모델기법을 병행하여 해수교환율을 각각 산정하였다. 그 결과 입자추적 방법으로 산정한 해수교환율은 당항포만에서 60.84%로 가장 높고, 마산만에서 30.50%로 가장 낮게 평가되었고, 염료확산 방법으로 산정한 해수교환율은 당항포만에서 45.40%로 가장 높고, 마산만에서 34.65%로 가장 낮게 평가되었다. 당항포만에서 해수교환율이 가장 좋은 이유는 좁은 만 입구로 인한 유속의 가속화 때문이며, 입자추적 방법의 경우 입자가 빠져나갔다가 다시 들어오기 힘든 형태적 특성 때문으로 판단되었다. 한편, 라그랑지 입자의 경우 낙조류에 의해 만을 빠져나갔다가 창조류에 의해 다시 유입될 때 온전한 입자가 그대로 유입하지만, 염료의 경우에는 만을 빠져나간 후 다시 유입하더라도 외해수에 의해 희석되어 유입하기 때문에 염료확산 방법으로 산정한 해수교환율이 전반적으로 더 높게 나타나는 경향을 보였고, 두 가지 방법에 의해 산정된 해수교환율은 같은 조건에서 비교하더라도 상대적으로 전혀 다르게 나타났다. 따라서, 해수교환율을 평가할 때에는 이 두 가지 방법을 병행하거나, 연구의 목적 및 해역의 특성을 충분히 고려하여 모델링 기법을 선정해야만 보다 합리적인 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 한편, 폐쇄도 지수와 라그랑지 및 오일러 방법으로 산정한 해수교환율을 비교한 결과, 폐쇄도 지수가 높을수록 수치모형 기법에 상관없이 해수교환율이 높게 나타났다. 따라서, 폐쇄도 지수가 만의 폐쇄성을 지시하는 지수로 사용하기에 적합하지 않고 수정 및 보완이 필요하다고 판단되었다.

• 자원환경지질
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• 제46권1호
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• pp.51-61
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• 2013

최근 나노기술을 이용한 석유증진회수기술은 미국을 중심으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 지금까지의 연구에서는 주로 다공성 매체 내 나노입자의 유동특성이나 나노 에멀젼 자체의 안정성 평가에만 중점을 두었으며, 다공성 매체 내 나노 에멀젼의 유동시 중요한 역할을 하는 나노 에멀젼과 공극의 크기 효과는 분석하지 않았다. 이 연구에서는 석유증진회수기술에 적용 가능한 나노기반의 에멀젼을 제조하였으며, 그 특성을 분석하였다. 또한 다공성 매체 내 나노 에멀젼의 유동특성을 파악하기 위해 필터링 시험을 통해 나노 에멀젼의 크기효과를 분석하였다. 연구결과 나노 에멀젼의 제조시 SCA(Silane Coupling Agent)나 PVA(poly Vinyl Aclohol)를 첨가하여 에멀젼을 제조할 때 안정성이 개선되며, 물에 비해 데칸의 비율이 높을수록 점성도가 높아지고, 액적크기가 증가하는 것을 확인하였다. 대기압조건하에서 수행한 필터링 시험에서는 분리된 물이 주로 통과하고 액적은 통과하지 못하는 것이 확인되었다. 이는 액적의 유동력이 필터에 작용하는 모세관압을 극복하지 못하였기 때문에 나타난 현상이다. 흡입압력을 작용한 필터링시험에서는 $60{\mu}m$ 크기 이상의 필터에서는 대부분 액적이 통과 하였으나, $45{\mu}m$ 이하의 필터에서는 통과비율이 급격히 저하되는 것을 확인하였다. 이러한 현상은 필터 공극 통과시 강한 전단응력에 의해 액적이 변형되거나 파괴되어 공극을 막기 때문에 나타나는 현상으로 보인다. 이 연구에서 밝혀진 기본적인 나노 에멀젼의 특성 및 필터링 시험 결과는 향후 안정적인 나노 에멀젼 제조나, 다공성 매체 내 잔류오일 회수연구에 중요한 역할을 할 수 있을 것이다.

• 공업화학
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• 제23권2호
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• pp.232-240
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• 2012

바이오디젤(BD)은 식물성 오일 또는 동물성 지방과 같이 재생산 가능한 원료로부터 유래된 긴 사슬 지방산의 단일 알킬에스테르로, 디젤연료에 비해 낮은 온도에서 연료특성이 열악한 것으로 알려져 있다. 디젤연료의 경우, 많은 저온 유동성 향상제가 개발되어 있지만 바이오 디젤은 디젤연료와 주요 구성성분이 다르기 때문에 디젤연료용 저온 유동성 향상제를 바이오디젤에 사용 시 저온 유동성 향상에 한계가 따른다. 이에 본 연구는 동절기에 바이오디젤의 저온 특성을 향상시키고자 에스테르 반응으로 합성한 알킬 메타크릴레이트 단량체(Stearyl methacrylate, Lauryl methacrylate)와 무수말레인산을 이용하여 저온 유동성 향상제를 합성하였고, 알킬아민을 이용한 개환 반응을 실시하였다. 이렇게 합성된 저온 유동성 향상제를 $^1H-NMR$ 및 FT-IR을 통해 분석하였으며, GPC로 분자량을 측정한 후 SoybeanBD와 PalmBD에 1000~10000 ppm의 농도로 첨가하여 저온특성을 조사하였다. 그 결과 SoybeanBD에 LMA2SMA6MA2-C8A 공중합체 첨가 시 유동점이 $12.5\;^{\circ}C$ 강하됨을 확인하였다.

• 보존과학회지
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• 제37권2호
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• pp.101-119
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• 2021

국보 제229호 창경궁 자격루 누기는 조선시대 과학기술의 정점을 보여주는 과학 문화재로서, 현재는 대·중·소 파수호(播水壺)와 수수호(受水壺)만 남아있다. 2018년부터 약 2년 여간 이루어진 자격루 누기의 전면적인 보존처리 과정에서, 표면에 발생한 오염물을 동정하고 이를 제거하기 위한 실험을 실시하였다. 표면 오염물은 이전 보존처리와 조사 과정에서 사용된 스쿠알란(squalane)과 실리콘 오일(silicone oil)이 환경 요인에 노출되어 발생한 오염물로 확인되었다. 이에 따라 우선적으로 고려할 사항을 설정하여 실험을 진행하였으며, 이를 통해 오염물을 효과적으로 제거할 수 있는 방법을 알아보았다. 우선 유기용제와 습포제를 이용한 실험에서는 톨루엔과 벤토나이트를 적용했을 때 가장 큰 색차 변화폭(𝚫E)을 나타내는 등 뛰어난 반응성이 확인되었다. 그러나 이에 수반되는 유기용제의 유해성과 습포제로 인한 2차 오염 발생 가능성 또한 확인할 수 있었다. 한편 보존처리자의 안전과 작업 환경 및 작업 용이성을 우선적으로 고려한 실험에서는 유기용제에 비해 반응성이 미비하고 비교적 많은 시간과 인력이 요구되었으나, 회차가 거듭될수록 색차 변화폭(𝚫E)의 정도가 유기용제 실험 결과와 동일한 범주 내까지 도달하는 것을 확인하였다. 특히 계면활성제를 활용한 방법이 오염물 제거에 가장 효과적인 것으로 확인되었다.

• 공업화학
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• 제33권5호
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• pp.496-501
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• 2022

본 연구에서는 석유 정제 부산물인 석유계 잔사유를 이용하여 리튬이차전지용 음극재를 제조하였다. 석유계 잔사유 중 열분해 연료유(pyrolysis fuel oil, PFO), 유동접촉분해 데칸트 오일(fluidized catalyst cracking-decant oil, FCC-DO), 감압잔사유(vacuum residue, VR)를 탄소 전구체로 사용하였다. MALDI-TOF, 원소분석(EA)을 통하여 석유계 잔사유의 물리화학적 특징을 확인하였고, 잔사유로부터 제조된 음극재는 XRD, Raman 등의 분석을 통해 그 구조적 특징을 평가하였다. VR은 PFO 및 FCC-DO에 비하여 광범위한 분자량 분포와 많은 양의 불순물을 함유하는 것을 확인할 수 있었고, PFO와 FCC-DO는 거의 유사한 물리화학적 특징을 나타내었다. XRD 분석결과로부터 탄화된 PFO와 FCC-DO는 유사한 d₀₀₂값을 나타내었다. 그러나 Lc 및 La값에서는 FCC-DO가 PFO보다 더 발달된 층상구조를 갖는 것으로 확인되었다. 또한, 전기화학적 특성 평가에서는 FCC-DO가 가장 우수한 사이클 특성을 나타내었다. 이러한 석유계 잔사유의 물리화학적, 전기화학적 결과로 미루어 보아 FCC-DO가 PFO와 VR보다 더 우수한 리튬이차전지용 탄소 전구체인 것으로 사료된다.

• 공업화학
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• 제34권4호
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• pp.434-443
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• 2023

세계적으로 가장 많이 사용되고 있는 리튬 그리스의 대체 물질로서 calcium sulfonate 그리스를 합성하여 성능을 개선하였다. Calcium sulfonate 그리스의 저온성 문제를 해결하기 위하여 PAO (poly alpha olefin) 기반의 기유와 증주제를 도입하였다. 본 연구에서는 파라핀 오일과 PAO 기반의 기유와 증주제로 calcium sulfonate 그리스 3종을 합성하였으며, PAO 기반의 기유와 수산화 리튬, 12-hydroxy stearic acid, sebacic acid의 비누화 반응으로 리튬 그리스 1종을 합성하였다. 합성한 calcium sulfonate 그리스 3종과 리튬 그리스의 형태, 미세 구조 및 작용기는 SEM 및 FT-IR로 분석하였다. 저온 특성은 rheometer, low temperature torque로 측정하였고, 트라이볼로지 특성은 four ball lubricant tester, SRV로 측정하였다. 그 결과, PAO 기반의 기유와 증주제로 합성된 calcium sulfonate 그리스는 -40℃에서도 유동할 수 있었으며, 기존 calcium sulfonate 그리스의 저온 특성의 한계점을 극복하였다. 또한 합성한 calcium sulfonate 그리스는 PAO 기유로 합성된 리튬 그리스보다 우수한 내마모성, 내하중성, 마찰계수, 내열성, 점착성 및 내부식성을 보였으므로 상업적으로 기존의 리튬 그리스를 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

• 헤리티지:역사와 과학
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• 제56권3호
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• pp.138-156
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• 2023

우리나라 문화유산에서 상당한 비중을 이루는 금속문화재 중 일부는 고유 기능과 역할, 규모 등으로 인해 야외에 설치·전시되고 있다. 그렇기에 안정적 환경에서보다 다양하고 복합적인 훼손이 발생할 수 있다. 따라서 야외 설치 문화유산의 보존상태 진단을 위한 조사뿐만 아니라 조사 결과로 확보한 기초 자료를 장기적이고 지속적인 보존관리의 데이터로 활용하기 위해서는 정확한 진단과 체계화된 조사법을 접목할 필요가 있다. 제작 당시부터 야외에 설치·전시된 국보 창경궁 자격루 누기는 지속적인 보존관리에도 손상이 발생하여, 전면적인 보존처리에 앞서 보존상태 진단을 위한 과학적인 조사를 실시하였다. 먼저 조사 목적에 따라 제원 및 육안조사, 과거 보수이력 조사를 통해 보존상태를 조사하였다. 그리고 3D 스캔과 표면 문양 조사, 색차 분석을 통한 정밀조사와 P-XRF, FT-IR, Py-GC/MS 분석으로 재질과 오염물을 분석하였다. 과학적 조사 결과에 대한 검토를 통해 과거 보존처리 과정에서 사용된 스쿠알란(squalane)과 실리콘 오일(silicone oil)이 야외 환경 요인에 직접적으로 노출되어 손상이 발생하였으며, 그 위에 먼지 등의 이물질이 두텁게 고착되어 오염이 심화된 것으로 확인되었다. 상대적으로 노출 영향이 높은 부분을 중심으로 손상의 발생 정도가 큰 것이 확인되었으며, 이는 색차 데이터를 그룹화(grouping)하여 파악한 경향성과 일치하였다. 이처럼 보존상태를 진단하고 기초자료를 확보하는데 다양한 조사법을 접목한 결과 발생한 손상 원인과 양상을 파악할 수 있었다. 또한 조사에서는 다양하게 활용 가능한 디지털 데이터의 확보 과정과 가시적으로 확인되는 손상을 과학적 데이터로 제시하고 손상 양상 등의 경향성을 파악할 수 있는 색차 분석이 효과적인 것으로 확인되었다.