The preheating and calcination processes in cement manufacturing, which are crucial for producing the cement intermediate product clinker, require a substantial quantity of fossil fuels to generate high-temperature thermal energy. However, owing to the ever-increasing severity of environmental pollution, considerable efforts are being made to reduce carbon emissions from fossil fuels in the cement industry. Several preliminary studies have focused on increasing the usage of alternative fuels like refuse-derived fuel (RDF). Alternative fuels offer several advantages, such as reduced carbon emissions, mitigated generation of nitrogen oxides, and incineration in preheaters and kilns instead of landfilling. However, owing to the diverse compositions of alternative fuels, estimating their calorific value is challenging. This makes it difficult to regulate the preheater stability, thereby limiting the usage of alternative fuels. Therefore, in this study, a model based on deep neural networks is developed to accurately predict the preheater temperature and propose optimal fuel input quantities using explainable artificial intelligence. Utilizing the proposed model in actual preheating process sites resulted in a 5% reduction in fossil fuel usage, 5%p increase in the substitution rate with alternative fuels, and 35% reduction in preheater temperature fluctuations.
In this work, the effect of torrefaction on the basic characteristic of sewage sludge was studied to evaluate the energy potential as a solid fuel. Torrefaction experiments were performed at temperatures of $150{\sim}600^{\circ}C$. The torrefied sewage sludge was characterized by the energy yield, ash content, volatile fraction and high heating value (HHV). The gaseous products from torrefaction of the sewage sludge were also analyzed. Thermogravimetric analysis was carried out for the kinetic analysis of sewage sludge torrefaction. From this work, it was found that the ash content increased with an increase of the torrefaction temperature while the energy yield, HHV and volatile fraction decreased. It was also found that the emission of carbon monoxide and hydrocarbon gases started at $300^{\circ}C$ by the thermal degradation of volatile components in the sewage sludge.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.3
no.2
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pp.115-121
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2015
The objective of this study is to present the design approach of low $CO_2$ concrete structures for reduction of $CO_2$ emissions. The design approach was implemented considering the system boundary for each processing presented in the ISO 13315-2. As for life-cycle inventory(LCI) for $CO_2$ assessment of concrete structures, data provided from domestic LCI DB was used. Based on the process presented in this study, case studies on the life-cycle $CO_2$ assessment of shear wall concrete structure was conducted. As substitution level of GGBS is 25%, the amount of $CO_2$ emissions and $CO_2$ uptake by concrete carbonation was decreased in the material, demolition and crushing, and transport phase. The amount of $CO_2$ emissions of column and total member was decreased by 26% and 22% respectively, compared to that of OPC.
The feasibility of clean technology to minimize the $CO_2$ emission by recycling and reuse the waste materials and energy have been studied for the cement industry. A life cycle assessment (LCA) was performed for an alternative raw material-supply method to use the molted slag as the major raw material in the cement clinker manufacturing. Using this new method, a 60% of $CO_2$ could be reduced that comes out during the decarboxylation from the cement rotary kiln. The energy-efficiency improvement and the alternative energy methods that had been determined in our previous study through the environmental assessment of cement industry were applied to the study for the reduction of $CO_2$ emission. The natural gas, one of the fossil fuels, was also used as the first choice to get the result at the earliest time by the most economic and the most efficient green technology and to switch into the carbon neutral energy consumption pattern.
Cho, Namho;Yun, Won Gun;Lee, Wan Ryul;Kim, Kyong Ju
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.36
no.2
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pp.297-305
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2016
This study aims to analyze characteristics of environmental load for the construction phase of PSC beam bridge based on Life Cycle Assessment. For detail computation of environmental load, the construction materials and energy consumption are derived from the BOQ, also connecting with environmental load by Korea LCI Database Information Network. The characteristic of environmental impact was analyzed by 25 cases and cut-off ratio was 80% to 94%. The result sorted by construction materials revealed that environmental load were 53.3% for ready-mixed concrete, 9.6% for wire rod, 7.8% for rebar, 6.8% for cement, 5.5% for plywood, and 5.2% for energy. Furthermore, the result of environmental impact revealed that 45.5% for global warming, 30.4% for abiotic resources depletion, 10.5% for human toxicity, and 8.9% for photochemical oxidant creation. In the future, we can make a decision considering environmental load based on LCA at design phase.
This study was carried out to investigate greenhouse gas (GHG), $CH_4$ and $N_2O$, emission from liquid swine manure according to aeration levels in summer. To evaluate the influence of operation methods on GHG emissions, liquid swine manure were applied with different rates of aeration (store without aeration, $1m^3/ton/h$, $2.5m^3/ton/h$, and $5m^3/ton/h$). Following are the results of this study. The liquid swine manure applied no aeration, $1m^3/ton/h$, $2.5m^3/ton/h$, and $5m^3/ton/h$ aeration rates released 315.6, 13.9, 17.9 and $9.6{\mu}g/m^2/s$ of $CH_4$ and 0.173, 0.157, 0.131, and $0.241{\mu}g/m^2/s$ of $N_2O$, respectively. Liquid swine manure applied no aeration released the most amount of GHG ($6,681.4{\mu}g/m^2/s$$CO_2$-Eq.) and followed by $5m^3/ton/h$ ($276.4{\mu}g/m^2/s$$CO_2$-Eq.), $2.5m^3/ton/h$ ($416.0{\mu}g/m^2/s$$CO_2$-Eq.), and $1m^3/ton/h$ ($340.8{\mu}g/m^2/s$$CO_2$-Eq.). Our results reveal that the aerated system may reduce GHG emissions compared to no aeration. Consequently, aeration and mixing were effective at reducing GHG emissions during liquid swine manure storage.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.9
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pp.911-917
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2015
The objective of this work focuses on the analysis of injection rate and macroscopic spray behavior characteristics with injection pressures as well as combustion and exhaust emission characteristics with injection timing and injection pressure by using a common rail single-cylinder diesel engine. The injection rate was measured by applying the Bosch method, and macroscopic spray behavior characteristics were analyzed with a constant-volume vessel and a high-speed camera. In addition, combustion and emission characteristics were analyzed in a common-rail single-cylinder diesel engine with precise control of fuel injection timing and pressure. For injection pressures of 30MPa and 50MPa, the injection rate was higher at 50 MPa, and the spray development (penetration) was also higher in the same elapsed time. The peak in-cylinder pressure and rate of heat release showed a tendency to decline as injection timing was delayed, and the peak in-cylinder pressure and rate of heat release were slightly higher for higher injection pressures. Higher injection pressures also reduced the mean effective pressure, while the indicated mean effective pressure and torque increased as injection timing was delayed to TDC. Nitrogen oxides had a peak level at injection timings of $BTDC20^{\circ}$(30MPa) and $BTDC15^{\circ}$(50MPa); carbon monoxide emissions were reduced by delaying injection timing from $BTDC30^{\circ}$.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.9
no.1
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pp.79-89
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2001
Anaerobic Digestion - Thermophilic Oxic Process(ADTOP) has been known to be one way reducing and composting of organic wastes without draining or forming excess sludge. It could be completely performed by the evaporation of water using the bio-energy from the microbial degradation of organic. In the present study the complete treatment of Chinese restaurant wastes was conducted and utility of bio-energy produced from the ADTOP was estimated. Base on results, it could be concluded as follows; 1) chinese restaurant wastes could be completely treated using the TOP without draining or excess sludge. Maximum volumetric loading rate was determined as $55.0kg-garbage/m^3$. Input water was almostly evaporated and 90.5% of carboneous organic wastes was conversed to carbondioxide. 2)The optimum volumetric loading rate which is acceptable to maintain over $55^{\circ}C$ in the anaerobic digester was determined as $45kg-garbage/m^3{\cdot}d$. 3) The optimum HRT was at least over 10 days in order to maintain about $50^{\circ}C$ in the anaerobic digester using bio-energy produced from TOP. Therefore the utilization of bio-energy produced from TOP could be used in the process which had long HRT such as the anaerobic digestion. 4) The efficiency of anaerobic digester rate were over 90% by the ADTOP under the organic loading rate of $1.1kg-COD/m^3{\cdot}d$, 50kg-Chinese restaurant garbage and $250{\ell}/m^3{\cdot}min$ of the aeration rate.
BACKGROUND: Carbonized biomass is a carbon-rich solid product obtained by the pyrolysis of biomass. It has been suggested to mitigate climate change through increased carbon storage and reduction of greenhouse gas emission. The objective of this study was to evaluate carbon dioxide ($CO_2$) and nitrous oxide ($N_2O$) emissions from soil after carbonized biomass addition. METHODS AND RESULTS: The carbonized biomass was made from a pyrolyzer, which a reactor was operated about $400{\sim}500^{\circ}C$ for 5 hours. The treatments were consisted of a control without input of carbonized biomass and two levels of carbonized biomass inputs as 6.06 Mg/ha for CB-1 and 12.12 Mg/ha for CB-2. Emissions of $CO_2$ and $N_2O$ from orchard soil were determined using closed chamber for 13 weeks at $25^{\circ}C$ of incubation temperature. It was shown that the cumulative $CO_2$ were $209.4g\;CO_2/m^2$ for CB-1, $206.4g\;CO_2/m^2$ for CB-2 and $214.5g\;CO_2/m^2$ for the control after experimental periods. The cumulative $CO_2$ emission was similar in carbonized biomass input treatment compared to the control. It was appeared that cumulative $N_2O$ emissions were $4,478mg\;N_2O/m^2$ for control, $3,227mg\;N_2O/m^2$ for CB-1 and$ 2,324mg\;N_2O/m^2$ for CB-2 at the end of experiment. Cumulative $N_2O$ emission contents significantly decreased with increasing the carbonized biomass input. CONCLUSION: Consequently the carbonized biomass from byproducts such as pear branch residue could suppress the soil $N_2O$ emission. The results fromthe study imply that carbonized biomass can be utilized to reduce greenhouse gas emission from the orchard field.
This study selected three types of agglomerated wood charcoal (Agglomerated wood charcoal with charcoal powder, Carbonized wood briquette, Ignition-type of perforated charcoal) that are in circulation in Korea among fuel-type wood products and analyzed the fuel characteristics, harmful substance content, and emissions of air pollutants generated by combustion. The first results showed that charcoal-grilled carbon, which is the raw material of charcoal, produced higher CO than saw-billed carbon. The second result is that the emission standards of air pollutants generated by the combustion of molded wood coal are not up to the emission standards of nitrogen oxides and sulfur oxides in the entire product, compared with the emission criteria of the atmospheric environment preservation method (based on 2019, carbon monoxide: 200 ppm, nitrogen oxides, 150 ppm sulfur oxides: 100 ppm), but the carbon dioxide moulding and carbon dioxide levels were not up. Based on the analysis of combustion gas generated during combustion derived from this study, future research is needed for comparing with the emission standards of pellets, which are wood products for fuel, among the existing biomass burning standards and for reducing carbon monoxide generated during incomplete combustion of agglomerated wood charcoal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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