• 대한환경공학회지
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• 제36권4호
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• pp.295-302
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• 2014

본 연구는 물 재이용을 위한 하수고도처리공정으로서 이단유로 축전식 탈염공정의 적용 가능성을 평가하였다. 일반적으로 축전식 탈염장치는 전극이 병렬식으로 단순 적층되어 있는 반면에 이단유로 축전식 탈염장치는 분리판에 의해 모듈이 2개의 단으로 구분되어 1단과 2단이 수리학적 직렬연결이 되도록 고안되었다. 동일한 유입조건에서 전산유체역학 분석결과 이단유로 모듈이 단일유로 모듈에 비해 스페이서에서 보다 균등하고 빠른 유속분포를 보였고, 사영역도 상대적으로 작게 나타났다. 하지만 입구와 출구 간 압력강하는 단일유로 모듈이 0.4 bar인 반면 이단유로 모듈은 0.7 bar로 높게 나타났다. NaCl용액을 원수로 사용한 단위셀 테스트 결과, 단일유로와 이단유로의 최대 탈염효율은 유입유량 10 mL/min/cell pair에서 각각 88%, 91%이었다. 유량증가에 따른 단위셀 압력강하의 증가는 이단유로가 단일유로보다 높게 나타났으며, 유입유량 70 mL/min/cell pair에서 이단유로의 압력강하는 1.67 bar로 단일유로의 압력강하보다 2배 높게 나타났다. 이단유로의 압력강하를 완화시키기 위하여 전극 간 간격을 100에서 $200{\mu}m$으로 늘린 결과, 탈염효율은 유사하게 유지하면서 압력강하는 최대 0.87 bar로 낮게 유지할 수 있었다. Proto-type 축전식 탈염장치에 하수처리수를 주입하여 연속 운전한 결과, TDS 제거효율은 평균 78%로 나타났으며, 특정이온의 경우, $NH_4{^+}$-N, $NO_3{^-}$-N 및 $PO_4{^{3-}}$-P 제거효율이 각각 50%, 93% 및 50%로 나타나 질소제거 관점에서 CDI기술의 하수고도처리공정 활용가능성이 높을 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제31권5호
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• pp.5-21
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• 2015

에너지파일이란 새로운 형식의 지중열교환기로서, 건물의 기초 구조물인 말뚝 내부에 열교환 파이프를 삽입하고 파이프 내부로 유체를 순환시켜 지반과 말뚝 매질사이의 열교환을 유도한다. 에너지파일은 기존의 기초 구조물을 활용하여, 구조물의 지지 기능과 지중열교환기로서의 기능을 동시에 수행하는 에너지 구조체이다. 본 연구에서는 에너지파일의 실증연구를 위하여 총 6가지 형태의 열교환 파이프가 삽입된 실규모 현장타설 에너지파일을 시험 시공하였다. 열교환 파이프의 형태는 다양한 형태별 성능 및 시공성 비교를 위해 병렬 U형 3본(5쌍, 8쌍, 10쌍), 코일형 2본(피치간격 200mm와 500mm), S형 1본으로 선정하였다. 총 6가지 형태의 열교환 파이프를 시공하면서 시공 소요시간, 인력 소요, 필요 부대시설, 특이사항 등을 정리하여 각 형태별 시공성을 평가하였다. 또한 시공된 현장타설 에너지파일에 대한 열교환 성능 평가시험을 수행하였다. 열교환 성능 평가시험은 실제 상업 건물의 냉방 부하를 모사하기 위하여 8시간 가동 16시간 휴지의 간헐적 가동을 통하여 수행하였다. 열교환 성능 평가시험 결과를 통하여 각 현장타설 에너지파일의 열교환량을 산정하였으며, 이를 에너지파일 근입 깊이 및 열교환 파이프 길이로 정규화하여 각 형태별 열교환 효율을 평가하였다. 마지막으로 현장타설 에너지파일의 경제성을 분석하기 위하여 각 형태별 에너지파일의 시공비와 에너지파일 단위 길이 당 열교환 성능을 통해 1W/m 당 소요 비용을 산정하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제35권12호
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• pp.937-942
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• 2013

유체 내에서 발생된 음파 또는 초음파가 반사벽에 의해 반대방향으로 진행하면서 일정한 파동을 형성하는 음파를 음향정재파(acoustic standing wave)라고 한다. 본 연구에서는 주파수 1.0 MHz와 2.0 MHz의 음향정재파 발생모듈을 설치한 연속식의 입자분리장치에서, 유입수의 층류(laminar flow)를 고려하여, 수리학적체류시간(HRT) 변화에 따른 입자분리 특성을 살펴보았다. 정재파 가동에 다른 입자분리장치 내의 수온은 $1.3{\sim}2.8^{\circ}C$ 정도 증가하였으나 정재파 형성에 큰 영향을 주지 않았다. 주파수 1.0 MHz 가동 시 HRT 1시간에서 2시간, 4시간으로 길어짐에 따라 입자분리 효율(탁도)은 각각 64.1%, 70.0%, 74.3%로, 2.0 MHz에는 HRT에 따라 각각 58.0%, 61.8%, 70.7%로 증가된 것으로 나타났다. 즉, 동일한 주파수일 경우 HRT에 따라 처리효율이 10% 이상 차이가 발생하고 있으며, 1.0 MHz 주파수에서는 2시간, 2.0 MHz에서는 4시간 정도에서 70% 이상의 처리효율을 유지할 수 있다. 주파수 1.0 MHz와 2.0 MHz를 동시에 가동한 결과, HRT 1시간, 2시간, 4시간에서의 입자 분리 효율은 각각 63.8%, 70.6%, 77.6% 나타나 연속된 정재파의 발생 보다는 HRT가 입자분리에 많은 영향을 주는 것을 알 수 있었다.

• 설비공학논문집
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• 제12권12호
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• pp.1098-1125
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• 2000

A review on the papers published in the Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigerating Engineering in 1998 and 1999 has been done. Focus has been put on current status of research in the aspect of heating, cooling, ventilation, sanitation and building environment. The conclusions are as follows. 1) A review of the recent studies on fluid flow, turbomachinery and pipe-network shows that many experimental investigations are conducted in applications of impingement jets. Researches on turbulent flows, pipe flows, pipe-networks are focused on analyses of practical systems and prediction of system performance. The results of noise reduction in the turbomachinery are also reported. 2) A review of the recent studies on heat transfer analysis and heat exchanger shows that there were many papers on the channel flow with the application to the design of heat exchanger in the heat transfer analysis. Various experimental and numerical papers on heat exchanger were also published, however, there were few papers available for the analysis of whole system including heat exchanger. 3) A review of the recent studies on heat pump system have focused on the multi-type system and the heat pump cycle to utilize treated sewage as the heat source. The defrosting and the frosting behaviors in the fin-tube heat exchanger is experimentally examined by several authors. Several papers on the ice storage cooling system are presented to show the dynamic simulation program and optimal operation conditions. The study on the micro heat pipes for the cooling of high power electronic components is carried out to examine the characteristics of heat and mass transfer processed. In addition to these, new type of separate thermosyphon is studied experimentally. 4) The recent studies on refrigeration/air conditioning system have focused on the system performance and efficiency for new alternative refrigerants. New systems operating with natural refrigerants are drawing lots of attention. In addition to these, evaporation and condensation heat transfer characteristics of traditional and new refrigerants are investigated for plain tubes and also for microfin tubes. Capillary tubes and orifice are main topics of research as expansion devices and studies on thermophysical properties of new refrigerants and refrigerant/oil mixtures are widely carried out. 5) A review of the recent studies on absorption cooling system shows that numerous experimental and analytical studies on the improvement of absorber performance have been presented. Dynamic analysis of compressor have been performed to understand its vibration characteristics. However research works on tow-phase flow and heat transfer, which could be encountered in the refrigeration system and various phase-change heat exchanger, were seemed to be insufficient. 6) A review of recent studies on duct system shows that the methods for circuit analysis, and flow balancing have been presented. Researches on ventilation are focused on the measurement of ventilation efficiency, and variation of ventilation efficiency with ventilation methods by numerous experimental and numerical studies. Furthermore, many studies have been conducted in real building in order to estimate indoor thermal environments. Many research works to get some information for cooling tower design have been performed but are insufficient. 7) A review on the recent studies on architectural thermal environment and building mechanical systems design shows that thermal comfort analysis is sitting environment, thermal performance analysis of Korean traditional building structures., and evaluation of building environmental load have been performed. However research works to improve the performance of mechanical system design and construction technology were seemed to be insufficient.

• 설비공학논문집
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• 제20권6호
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• pp.427-446
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• 2008

A review on the papers published in the Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering in 2006 has been accomplished. Focus has been put on current status of research in the aspect of heating, cooling, ventilation, sanitation and building environments. The conclusions are as follows. (1) The research trends of fluid engineering have been surveyed as groups of general fluid flow, fluid machinery and piping, etc. New research topics include micro heat exchanger and siphon cooling device using nano-fluid. Traditional CFD and flow visualization methods were still popular and widely used in research and development. Studies about diffusers and compressors were performed in fluid machinery. Characteristics of flow and heat transfer and piping optimization were studied in piping systems. (2) The papers on heat transfer have been categorized into heat transfer characteristics, heat exchangers, heat pipes, and two-phase heat transfer. The topics on heat transfer characteristics in general include thermal transport in a cryo-chamber, a LCD panel, a dryer, and heat generating electronics. Heat exchangers investigated include pin-tube type, plate type, ventilation air-to-air type, and heat transfer enhancing tubes. The research on a reversible loop heat pipe, the influence of NCG charging mass on heat transport capacity, and the chilling start-up characteristics in a heat pipe were reported. In two-phase heat transfer area, the studies on frost growth, ice slurry formation and liquid spray cooling were presented. The studies on the boiling of R-290 and the application of carbon nanotubes to enhance boiling were noticeable in this research area. (3) Many studies on refrigeration and air conditioning systems were presented on the practical issues of the performance and reliability enhancement. The air conditioning system with multi indoor units caught attention in several research works. The issues on the refrigerant charge and the control algorithm were treated. The systems with alternative refrigerants were also studied. Carbon dioxide, hydrocarbons and their mixtures were considered and the heat transfer correlations were proposed. (4) Due to high oil prices, energy consumption have been attentioned in mechanical building systems. Research works have been reviewed in this field by grouping into the research on heat and cold sources, air conditioning and cleaning research, ventilation and fire research including tunnel ventilation, and piping system research. The papers involve the promotion of efficient or effective use of energy, which helps to save energy and results in reduced environmental pollution and operating cost. (5) Studies on indoor air quality took a great portion in the field of building environments. Various other subjects such as indoor thermal comfort were also investigated through computer simulation, case study, and field experiment. Studies on energy include not only optimization study and economic analysis of building equipments but also usability of renewable energy in geothermal and solar systems.

• 설비공학논문집
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• 제16권12호
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• pp.1234-1268
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• 2004

A review on the papers published in the Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigerating Engineering in 2002 and 2003 has been carried out. Focus has been put on current status of research in the aspect of heating, cooling, air-conditioning, ventilation, sanitation and building environment/design. The conclusions are as follows. (1) Most of fundamental studies on fluid flow were related with heat transportation in diverse facilities. Drop formation and rivulet flow on solid surfaces were interesting topics related with condensation augmentation. Research on micro environment considering flow, heat transfer, humidity was also interesting to promote comfortable living environment. It can be extended considering biological aspects. Development of fans and blowers of high performance and low noise were continuing research topics. Well developed CFD technologies were widely applied for analysis and design of various facilities and their systems. (2) Heat transfer characteristics of enhanced finned tube heat exchangers and heat sinks were extensively investigated. Experimental studies on the boiling heat transfer, vortex generators, fluidized bed heat exchangers, and frosting and defrosting characteristics were also conducted. In addition, the numerical simulations on various heat exchangers were performed and reported to show heat transfer characteristics and performance of the heat exchanger. (3) A review of the recent studies shows that the performance analysis of heat pump have been made by various simulations and experiments. Progresses have been made specifically on the multi-type heat pump systems and other heat pump systems in which exhaust energy is utilized. The performance characteristics of heat pipe have been studied numerically and experimentally, which proves the validity of the developed simulation programs. The effect of various factors on the heat pipe performance has also been examined. Studies of the ice storage system have been focused on the operational characteristics of the system and on the basics of thermal storage materials. Researches into the phase change have been carried out steadily. Several papers deal with the cycle analysis of a few thermodynamic systems which are very useful in the field of air-conditioning and refrigeration. (4) Recent studies on refrigeration and air-conditioning systems have focused on the system performance and efficiency enhancement when new alternative refrigerants are applied. Heat transfer characteristics during evaporation and condensation are investigated for several tube shapes and new alternative refrigerants including natural refrigerants. Efficiency of various compressors and performance of new expansion devices are also dealt with for better design of refrigeration/air conditioning system. In addition to the studies related with thermophysical properties of refrigerant mixtures, studies on new refrigerants are also carried out. It should be noted that the researches on two-phase flow are constantly carried out. (5) A review of the recent studies on absorption refrigeration system indicates that heat and mass transfer enhancement is the key factor in improving the system performance. Various experiments have been carried out and diverse simulation models have been presented. Study on the small scale absorption refrigeration system draws a new attention. Cooling tower was also the research object in the respect of enhancement its efficiency, and performance analysis and optimization was carried out. (6) Based on a review of recent studies on indoor thermal environment and building service systems, it is noticed that research issues have mainly focused on several innovative systems such as personal environmental modules, air-barrier type perimeterless system with UFAC, radiant floor cooling system, etc. New approaches are highlighted for improving indoor environmental conditions and minimizing energy consumption, various activities of building energy management and cost-benefit analysis for economic evaluation.

• 생물환경조절학회지
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• 제31권4호
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• pp.485-496
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• 2022

국내외로 첨단 ICT 융합기술이 농업 분야에 적용되기 시작하면서, 시설원예 설비들이 고도화되고, 스마트팜 구축 기술 및 인력이 축적되기 시작하였다. 그러나 우리나라 농촌의 경우, 농업생산 연령의 고령화, 국내 농촌 인구의 지속적인 유출, 저출산 등으로 인하여 스마트팜 확대 및 적용에 어려움이 많은 실정이다. 따라서 공간 및 시간에 구속을 받지 않는 간편한 농업인 교육 프로그램이 필요하며, 최근 부상하고 있는 시뮬레이션 기술을 활용한다면 농업 교육용 시뮬레이션 툴 개발도 가능할 것으로 판단된다. 온실 환경 제어 모델을 이용한 시뮬레이션은 다양한 지역과 기상 조건 하에서 대상 온실의 열과 물질에너지의 상호작용을 합리적으로 예측할 수 있게 해준다. 본 연구에서는 온실 환경 제어 모델을 활용하여 외부 기상 데이터를 통해 온실의 환경 변화를 예측하고 가상의 환경 제어시스템을 통해 환경 제어 시 필요한 에너지값들을 시뮬레이션 할 수 있었다. 이러한 결과를 통해 이용자가 직접 맞춤형 환경 제어를 할 수 있도록 편의성을 고려한 사용자 인터페이스를 구축할 것이며, 실제 파프리카 재배 온실의 제어 요소들을 반영할 수 있도록 설계될 것이다. 농업용 교육 시뮬레이션 툴을 최근 활발하게 연구가 이루어지고 있는 작물 생육 모델링 기술 및 전산유체역학 기술과 융합하면 더욱타당한 결과를 보일 것이다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권2호
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• pp.197-206
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• 2023

최근 국제해사기구(IMO)를 비롯한 국제사회에서 선박의 대기오염 배출 규제를 강화하고 있으며, 배기가스 배출을 줄이기 위한 친환경 선박 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그중에서도 풍력 보조 선박추진 시스템 중 하나인 로터 세일(Rotor Sail, RS)이 다시금 주목받고 있다. RS는 선박 데크에 설치되는 원통형 실린더 장치로 마그누스 효과를 사용하여 유체 동역학적 양력을 생성하는 장치이다. 이는 차세대 친환경 보조 추진 기술 중 하나이며, RS 적용 선박을 개발한 Enercon 사(社)에서는 약 30% 이상의 연료 절감이 가능하다고 발표했다. 본 연구에서는 다중 RS를 선박에 설치할 경우 RS 간격 및 배열 형태와 같은 최적의 설치 조건을 선정하고자 하였으며, RS 배열에 따른 유동특성을 확인하기 위하여 AR(Aspect Ratio) = 5.1, SR(Spin Ratio) = 1.0 및 로터세일 지름과 엔드 플레이트 지름 비(D_e/D)= 2.0 로 고정하고 자유 유속 U = 5 m/s로 풍향은 +y 축 단방향에 대한 조건만 고려하였다. 배열 조건은 횡방향 거리는 +x 축 방향으로 3D ~ 15D까지 3D 간격으로 총 5가지 조건을, 종방향 거리는 +y 축 방향으로 5D ~ 25D까지 5D 간격으로 총 5가지 조건을 설정하였으며, 사각 형태(□)와 마름모 형태(◇) 배열에 따른 양력계수(C_L), 항력계수(C_D)와 공기역학적 효율(C_L/C_D)을 비교하였다. 결과적으로 종방향 간격에 따른 RS의 영향은 크게 차이가 없었으나, 횡방향 간격에 따른 RS 유동특성의 경우 두 RS가 바람 방향에 거의 일치할 때 RS의 상호작용 효과가 가장 크게 나타났다. 배열에 따른 RS 유동특성의 경우, 전방(0°) 방향에서 바람이 불 때 마름모 형태(◇) 배열이 RS 간의 후류 영향을 가장 덜 받는 것으로 나타났다.

• 지질공학
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• 제28권2호
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• pp.217-246
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• 2018

포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업은 저장소 선정 및 저장소 특성화 연구 과정에서 $CO_2$ 지중저장 실증의 지진 유발 가능성과 누출 가능성에 대하여 진지하게 검토하고 $CO_2$ 지중저장 실증의 안정성을 확보하기 위한 많은 노력을 경주해 왔다. 그럼에도 불구하고 2017년 11월 15일 발생한 규모 5.4의 포항 지진으로 큰 피해를 입은 포항시와 시민들은 $CO_2$ 지중저장 실증의 지진 유발 가능성에 대하여 큰 우려를 가지고 있는 상황이다. 포항분지 해상 $CO_2$ 지중저장 실증 연구팀은 2017년 포항 지진 이후 포항 영일만 $CO_2$ 지중저장 실증의 안전성에 대하여 자체 조사를 수행하여, 2017년 포항 지진과 포항분지 영일만 해상 $CO_2$ 지중저장 실증의 관련성과 향후 본격적인 $CO_2$ 지중저장 실증이 수행될 경우 지진 유발 가능성이나 누출 가능성에 대하여 면밀하게 평가하였다. 자체 조사 결과, 포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업은 2017년 포항지진의 진앙과 약 10 km 떨어진 영일만 해역에 저장소가 위치하며, $CO_2$ 저장층의 심도도 해저면 아래 약 750-800 m 정도로서 포항 지진의 심도와 큰 차이를 보인다. 또한 포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업은 2017년 1월 12일부터 3월 12일까지 약 3개월간 $CO_2$ 시험 주입을 수행한 이후 수송체계 구축과 주입공 격상을 위해 $CO_2$ 주입 행위가 중지된 상황으로 2017년 11월 15일에 발생한 포항 지진과 직접적인 관련성을 찾기 어렵다. 무엇보다도 $CO_2$ 지중저장 기술의 개념이 지층을 파쇄하는 것이 아니라 염수와 같은 유체로 채워진 다공질 퇴적층에서 염수를 천천히 밀어내면서 초임계상의 $CO_2$를 주입한다는 측면에서 대용량의 $CO_2$를 장기간 주입하여 저장층의 압력이 크게 상승하는 경우를 제외하면 인간 사회에 피해를 가져오는 일정 규모 이상의 지진을 유발할 가능성이 크지 않은 것으로 분석되었다. 게다가 포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업의 $CO_2$ 시험 주입 규모가 약 100톤 정도로서 규모 5.0 이상의 지진을 유발할 수 있는 대규모 주입 행위가 없었기 때문에 2017년 포항 지진과의 연관성을 가정하는 것이 무리가 있다. 포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업의 연구팀은 자체 조사를 통해 향후 포항분지 해상 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업이 장기적으로 수행될 경우 지진 유발 가능성과 누출 가능성에 대하여도 평가를 수행하였다. 자체 평가 결과에 따르면, 저장층 상부의 덮개층이 파쇄되거나 주변 단층의 재활성화가 발생하지 않도록 정해진 범위에서 압력을 조절하면서 $CO_2$ 스트림을 주입할 경우 지진 유발이나 단층 재활성화를 초래할 가능성이 매우 희박한 것으로 분석되었다. 더불어, 포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업은 $CO_2$ 지중저장 실증 과정에서 주입된 $CO_2$ 스트림의 누출을 최소화하기 위해 저장소 인근 지층의 파쇄 압력, 저장소 인근 단층의 재활성화 압력, 주입공 누출을 방지하기 위한 완결 공정, 주입된 $CO_2$ 스트림의 누출 경로 파악과 거동 및 누출 모니터링, 안전한 $CO_2$ 저장을 위한 저장소 운영과 관련된 연구를 충실하게 수행하고 있으며, 연구팀의 자체 조사 결과 주입된 $CO_2$ 스트림이 인간 사회에 영향을 미칠 정도의 규모로 누출될 가능성은 크지 않은 것으로 평가되었다. 결론적으로 포항분지 해상 중소규모 $CO_2$ 지중저장 실증 연구사업은 인간이 감지할 정도의 지진 유발 및 주입된 $CO_2$ 스트림의 누출을 발생시킬 가능성이 크지 않으며, 비록 적은 가능성이지만, 지진이나 누출이 발생하지 않도록 지속적으로 안전성 확보를 위한 연구개발을 최우선적으로 수행할 계획이다.