오늘날 현대사회의 산업화 과정에서 발생되는 여러 문제 중에서도 가장 시급하고 절실하게 해결하여야 할 문제중의 하나는 극심한 오염 문제이다. 그 중에서도 대기오염은 자동차의 급격한 증가와 겨울철 난방연료의 사용으로 머지않아 우리나라 환경정책의 가장 큰 숙제로 떠오를 전망이다. 즉, 수질오염은 개인차원에서 어느 정도 자구책을 마련할 여지가 있지만 대기오염은 개인의 의지로 개선이 불가하고 불특정다수에게 광범위하게 영향을 미치기 때문에 그 폐해가 더욱 심각하다. 각종 오염원으로부터 배출되는 불소화합물, 질소산화물, 황화물, 오존, 메탄가스, 이산화탄소 등 다양한 종류의 대기오염 물질들은 광화학 스모그, 지구온난화, 자연림감소, 오존홀, 산성비 등의 원인을 제공하며, 인체 및 자연 생태계에 예측하기 어려운 부작용들을 야기시키고 있다. (중략)
전세계적으로 화석 연료가 고갈 되면서 화석 연료를 대체할 수 있는 자원이 필요한 실정이며, 대체 자원으로는 바이오 연료가 각광을 받고 있다. 바이오 연료는 바이오 매스로부터 생산되는데 바이오 매스는 바이오 연료 및 바이오 화학제품 생산이 가능한 재생 가능 자원이다. 특히, 화석 연료를 대체하기 위하여 이산화탄소와 바이오 매스를 이용하여 바이오 연료(바이오 디젤)를 생산하는 연구가 주목을 받고 있다. 바이오 매스를 기반으로 하여 바이오 디젤을 생산하기 위해서는 바이오 디젤 생산에 필요한 원료(예, 이산화탄소, 물)와 잠재적인 바이오 매스 리파이너리 용량 및 설치 위치, 생산된 바이오 디젤의 수요 도시까지의 공급을 모두 고려하는 공급 네트워크 개발이 필요하다. 바이오 매스를 이용한 바이오 디젤 공급 네트워크에 대하여 많은 연구가 수행이 되었지만, 미세조류 기반 최적의 바이오 디젤 생산 전략에 상당히 영향이 있는 이산화탄소 공급량에 대한 불확실성을 고려한 연구는 거의 수행되지 않았다. 미세조류 기반 바이오 디젤을 생산 시 상당히 중요한 원료로 이용되는 이산화탄소는 화력발전소에서 발생하는 배출 가스로부터 포집하여 사용하기 때문에 이산화탄소 공급량의 불확실성은 최적의 바이오 디젤 네트워크를 구축하는데 큰 영향이 있다. 따라서, 본 연구에서는 이산화탄소 공급량의 불확실성을 고려하는 최적 공급 네트워크 설계를 결정하기 위해 2단계 확률 모델을 개발한다. 이 모델의 목표는 이산화탄소 공급량 불확실성을 고려하고 각 지역의 디젤 요구량을 충족시키면서 총 네트워크 비용을 결정하는 것이다. 이 모델은 대한민국의 디젤 수요량의 10%를 충족시키는 사례 연구를 평가하였다. 확률론적 모델(연간 갤런당 12.9 미국 달러)에 의해 결정된 최적의 바이오 디젤 공급 비용은 결정론적 모델(연간 갤런당 10.5 미국달러)의 결과보다 약간(26%) 높다. 이산화탄소 공급량이 변동되는 경우(확률론적 모델)는 바이오 디젤 공급 네트워크 전략에 상당한 영향을 미쳤다.
초임계 이산화탄소내에서 방향족 유기용매(BTX)를 0.5% $Pt/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매가 충전된 고정층 반응기를 이용하여 완전분해를 시도하였다. BTX의 전환율은 반응기 입구에서 유기용매의 농도와 초임계 이산화타소의 몰밀도에 의존하는데, 입구농도가 감소함에 따라 전환율은 크게 증가되었고, 일정한 입구농도에서 온도 증가에 따라 반응은 잘 진행되어 전환율이 증가됨을 알 수 있었다. 동일 온도에서 압력이 증가함에 따라 큰 전환율을 보임을 알 수 있었다. 또한 실험조건 $300^{\circ}C$, 204.1 atm에서 benzene은 98.5% 이상의 전환율로 거의 완전산화 되었고, toluene과 xylene의 전환율은 $350^{\circ}C$, 204.1 atm의 조건에서 각각 82.0, 76.5%로 나타났다. 부분산화에 의한 중간생성물의 크로마토그램을 확인한 결과 중간생성물은 benzaldehyde, phenol, benzenemethanol 등으로 확인되었다. 충분한 산화반응 조건하에서 BTX가 중간생성물 없이 환경에 크게 영향을 미치지 않는 $CO_2$와 $H_2O$의 분해생성물로 분해가 가능한 것으로 판단되었다.
커피의 향기 성분의 증가를 위해 초임계 이산화탄소를 사용하고, 일반적인 커피 추출 방법인 에스프레소를 통하여 증가 효율을 알아보았다. 커피 음료의 향 성분은 변형된 헤드스페이스법으로 수거하여 분석하였다. 모든 장치는 향 성분이 유출되지 않도록 밀폐하여 수행하였다. 분석은 GC를 이용하였고 다섯 가지 향기 성분을 표준품으로 하였다. 초임계 이산화탄소는 압력과 온도의 영향을 받아 밀도와 용해도가 변화하고 이로써 용해력이 변화하기 때문에, 압력과 온도의 최적화 실험을하였다. 추출 후 product와 헤드스페이스의 향기 성분을 모두 분석하였고 그 결과 350 bar, 80$^\circ$C의 조건에서 최대의 효율을 나타내었다. 또한 추출 시 헤드스페이스로 날아가는 향기 성분보다 product로 추출되는 향기 성분이 76.6배 이상 많았다. 커피의 초임계 추출물을 음용하기 위해서 초임계 커피 음료를 만들고, 이의 향기 성분 증가 효율을 확인하기 위해서 초임계 추출 과정을 거치지 않은 커피도 에스프레소로 추출하여 비교하였다. 그 결과 초임계 이산화탄소 추출로 커피 음료의 향기 성분을 2.3배 증가시킬 수 있었다.
본 연구에서는 여러 가지 친환경적인 장점을 가지고 있는 초임계이산화탄소를 이용하여 비닐아세테이트 (vinyl acetate, VAc)를 분산중합하였다. 일반적인 유화중합에서보다 더 큰 분자량의 폴리비닐아세테이트(poly(vinyl acetate), PVAc)를 더 높은 수율로 생성시키고자 온도를 333.15 ~ 343.15 K, 압력을 20 ~ 40MPa, 개시제를 0.5 ~ 5%, 실리콘계 안정제를 1 ~ 10%, 반응시간을 2 ~ 50 시간으로 변화시켜 가면서 초임계이산화탄소 내에서 VAc를 반응시킨 후 생성되는 PVAc의 수율과 분자량 변화를 알아보았다. 그리고 최종 목표물인 폴리비닐알코올(poly(vinyl alcohol, PVA))를 PVAc로부터 합성하기 위해 비누화를 시키고 비누화 조건이 PVA의 분자량에 미치는 영향을 검토하였다.
본 연구는 탄소 중립을 달성하기 위해서 공공시설의 이산화탄소포집기술을 상용화 및 보급할 필요성이 있으므로 공공환경에 적합한 시설물의 디자인 적용 가능성을 검토하는 것이 목적이다. 탄소포집 및 환경정화를 위한 공공시설물의 디자인 방향은 공기 중 탄소 포집 기술 활용, 탄소 포집 및 흡착 소재 활용, 탄소 저감 식재 활용으로 분류하여 수립하였다. 본 연구는 탄소 중립을 위해 공공공간에 기존의 공공시설물과 차별화된 디자인의 신개념 공공시설물 디자인을 개발하였다는 점에서 시사하는 바가 크다. 탄소 중립기술을 적용한 공공시설물은 시대에 부응하는 친환경 공공시설물로 공원, 도로 등 다양한 공간에 설치될 수 있고 시민들의 휴식 및 커뮤니티의 역할로 보급 및 활성화에 기여할 것으로 기대된다.
1. 서론 및 이론적 배경 : 지구 온난화에 의한 생태계 변화의 위해 문제가 대두됨에 따라 온난화의 주요인인 이산화탄소를 발생원으로부터 분리, 회수하는 기술에 대한 관심이 고조되고 있다. 최근에는 이러한 기술 중에서 에너지가 적게 소요되며 환경 친화적인 분리막 공정에 의한 CO$_2$의 효율적인 분리, 회수법이 하나의 대안으로 연구되고 있다. 분리막 기술 중 함침액막법은 고분자막의 장점을 이용하면서도 투과도를 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있어 최근에 액막을 이용한 CO$_2$/N$_2$혼합가스의 분리, 회수연구도 수행되고 있다. 순수한 물에 대한 CO$_2$의 용해도는 8x10$^{-6}$/cmHg이며, N$_2$는 1.55x10$^{-7}$/cmHg 로서 대략 50배 정도의 용해도 차를 보이고 있는데 이러한 물에 대한 기체의 높은 용해도 차를 이용하면 효과적으로 CO$_2$를 분리,회수할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 이러한 물을 함침한 액막을 이용하여 CO$_2$/N$_2$를 분리하였으며 혼합기체의 조성, 기체의 압력 등의 변수가 액막에 의한 CO$_2$의 분리에 미치는 영향을 조사하였다.
현재 자동차 강판 시장은 이산화탄소 저감과 승객의 안전확보를 위하여 고장력강을 요구하고 있는 추세이며, 강도와 성형성을 동시에 확보하기 위하여 DP, TRIP강과 같은 변태강화형 강판을 선호한다. 그러나 강판의 상분율을 제어하기 위해서는 Si, Mn등과 같은 합금원소를 필요로 하게 되며 강판의 생산공정 중 이들 합금원소는 강판의 표면에 산화물로 농화되어 아연도금 특성을 크게 저하시키는 결과를 초래한다. 따라서 본 연구에서는 냉연 아연도금강판의 생산 공정을 모사하고 이들의 산화물 구조를 분석하여 도금특성에 어떠한 영향을 미치는지 고찰하고 Ni-precoating 공정을 이용하여 강판의 도금성 개선의 가능성을 제시하였다.
방사성 물질로 오염된 유기성 고체폐기물의 분해를 위한 전기화학적 매개산화 공정을 개발할 목적으로 대상 폐기물로 셀룰로오스, latex 고무 및 플라스틱 물질에 대한 분해연구를 수행하였다. 매개체로써 Ag(II)를 사용하는 전기화학적 매개산화 공정에서 제어 가능한 인자인 전류밀도, 양극전해질의 농도 및 온도 등이 유기성 고체기물의 분해거동에 미치는 영향을 고찰하였다. 본 실험에서 사용한 유기성 고체폐기물은 전기화학적으로 생성되는 Ag(II)에 의해서 완전히 이산화탄소로 분해 되었으며, 한계전류밀도 이하에서 셀룰로오스 물질에 대해서는 80 %, latex 고무에 대해서는 76 %, 그리고 폴리프로필렌 물질에 대해서는 85 % 이상의 비교적 만족스러운 전류효율을 얻을 수 있었다. 질산의 농도 변화는 셀룰로오스 및 폴리프로필렌 물질의 분해에는 별 영향을 미치지 않았으나, latex 고무에 대해서는 비교적 큰 영향을 주었다. 또한 온도의 변화는 셀룰로오스 물질의 분해에는 거의 영향을 미치지 않았으나, latex 고무 및 폴리프로필렌 물질의 분해에는 비교적 큰 영향을 주었지만 전류효율 측면에서 85$^{\circ}C$ 이하에서 조업하면 충분함을 알 수 있었다. 결론적으로, Ag(II)에 의한 전기화학적 매개산화 공정은 혼성폐기물 중의 유기물을 저온에서 안전하게 분해 시킬 수 있으며, 소각 공정을 대체할 수 있는 한가지 방법이 될 수 있음을 확인하였다.
50 g내외의 4년근 수삼을 물로 세척한 후 한 뿌리씩 기능성 연포장재 필름 주머니(200$\times$300 m)에 넣고 밀봉하여 $25^{\circ}C$에서 저장하면서 연포장재 필름의 물성과 포장방법이 개별포장 수삼의 저장성에 미치는 영향을 조사하였다. 산소투과도는 2.5~1900 cc/m$^2$.day.atm으로 각기 다르고 투습도는 4.0~5.0 g/m$^2$.day.90%RH으로 서로 비슷한 연포장재필름을 사용하였을 때 수삼의 외관품질은 산소투과도가 낮을수록 양호하였다. 투습도가 1.5-6.3 g/m$^2$.day.90%RH 수준으로 각기 다르고 산소투과도는 3.4~5.4 cc/m$^2$.day.atm범위로 비교적 낮은 연포장재 필름을 사용하였을 때 수삼의 외관품질은 투습도가 3.5g/m$^2$.day.90%RH인 연포장재 시험군에서 가장 양호하였고 투습도가 이보다 높거나 낮은 경우에는 수삼의 외관품질 불량률이 증가하는 경향이었다. 한편수삼을 연포장재 필름 주머니에 넣고 상압포장, 진공포장, 이산화탄소 충전포장, 이산화탄소-질소(30:70) 혼합가스 충전포장, 이산화탄소-산소-질소(25:5:70) 혼합가스 충전포장 등의 방법으로 포장하여 $25^{\circ}C$에서 저장하였을 때 이산화탄소-산소-질소(25:5:70) 혼합가스 충전포장 시험군의 외관품질이 가장 양호하였고 진공포장 시험군은 특히 저장 후반에 외관품질이 급격히 저하되는 경향을 나타내었다. 따라서 수삼을 산소투과도가 낮고 투습도가 3.5g/m$^2$.day.90%RH내외인 연포장재 필름 주머니에 한 뿌리씩 넣고 이산화탄소-산소-질소(25:5:70) 혼합가스로 충전하여 저장하면수삼의 외관품질을 장기간 양호하게 유지시킬 수 있을 것으로 예상된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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