• 청정기술
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• 제29권3호
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• pp.163-171
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• 2023

최근 탄소중립을 위한 청정에너지로 주목받고 있는 수소는 기존에 화석연료의 수증기 개질 반응을 통한 생산에 의존해왔다. 하지만, 이산화탄소의 방출로 인한 한계가 있어 바이오매스 유래 바이오오일의 수증기 개질 반응이 대안으로 제안되고 있다. 바이오오일의 큰 분자량과 다양한 작용기를 가진 탄화수소들이 섞여 있는 복잡성으로 인해 Ni/Al₂O₃ 개질 촉매의 비활성화되는 문제가 발생해 니켈계 촉매의 개선이 필요하다. 본 총설에서는 바이오오일의 수증기 개질 반응에 이용되는 니켈계 촉매의 개선을 활성상, 담체 및 조촉매의 관점에서 정리했다. 활성상은 고분자의 탄화수소들의 C-C, C-H 결합을 끊어 분해 및 전환하고, 귀금속 및 전이금속이 활용될 수 있다. 담체 및 조촉매는 격자산소를 이용하거나 산점을 억제해 촉매의 비활성화의 주요원인인 탄소 침적을 억제하는 방식으로 촉매를 개선할 수 있다. 바이오오일에 기반한 청정수소 생산에 있어 우수한 성능의 개질 촉매 개발은 중요한 역할을 할 것이다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제35권1호
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• pp.13-21
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• 2023

에너지 자원의 안정적 확보 어려움, 화석연료 이용에 따른 온실가스 방출로 지구 온난화 현상 등의 문제가 대두됨에 따라 재생에너지 개발에 대한 관심이 증가하고 있다. 조석현상은 일정한 주기를 가지고 정기적으로 발생하는 규칙성이 존재하므로 사전에 정확한 예측이 가능하여 에너지 회수 측면에서 이점이 있다. 따라서 조석을 에너지원으로 활용하기 위한 다양한 방법이 고안되어왔다. 방조제를 활용한 조력발전은 많이 운영되는 대표적인 방식이지만, 조지내 조차 감소, 수질 변화, 생태계 변화 등으로 조력발전 사업 추진이 지연되거나 중단되고 있다. 본 연구에서는 방조제가 이미 설치되어 있는 해역에 적용가능한 조력발전 장치의 개발 및 성능 검증을 위하여 현장실험을 실시하였다. 2개의 수조 및 관수로, 개수로, 웨어 그리고 수차 및 발전기를 이용하여 4종류의 실험을 수행한 결과, 10 kW 이상의 출력과 효율 60% 이상이 가능한 발전시스템 개발 가능성을 확인하였다. 이러한 연구결과는 기존 방조제를 활용한 소규모 조력발전에 활용할 수 있다.

• 한국산림과학회지
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• 제111권1호
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• pp.177-185
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• 2022

이 연구의 목적은 산림바이오매스를 이용한 에너지 시설의 경제적 타당성을 검토한 것이다. 산림청 산림에너지자립마을 사업의 자료를 이용하여 에너지 시설의 운영 수지를 분석하였다. 에너지 시설은 열병합 발전기와 목재칩 보일러로 구성되며 목재칩을 연료로 사용한다. 목재칩은 목재펠릿보다 발열량이 낮지만 가격도 낮다. 시설 운영의 수입은 전기, 열, REC로 구성되며 추가로 화석연료 대체에 의한 탄소배출권을 고려하였다. 비용에는 연료비용과 고정비용이 포함되며, 초기 시설투자는 매몰비용으로 간주하였다. 가동률 55%, 목재칩 가격 95,000원/톤의 조건에서 에너지 시설의 연간 순수입은 양으로 나타났다. 시설 운영의 중요한 요소는 가동률과 연료비용이다. 두 요소를 조정하면서 시뮬레이션한 결과 가동률 50%, 목재칩 가격 100,000원/톤의 조건에서 연간순수입은 음으로 나타났다. 운영 수지를 개선하기 위해 가동률을 올리거나 연료 가격을 낮추는 노력이 필요하다. 탄소배출권을 판매한다면 시설 운영의 수익성을 개선한다. 또, 산림바이오매스의 에너지 이용을 촉진하기 위해 재생에너지로 공급한 열에 가격 보조를 할 필요가 있다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권1호
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• pp.76-85
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• 2023

신재생에너지로서 수소에 대한 수요가 증가하고 있으나 기존의 화석 연료와 달리 수소는 연료 공급을 위한 전용 충전소가 필요하며, 이러한 인프라 확보를 위해서 수소충전소의 위험성 평가가 선행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 정성적 위험성평가와 정량적 위험성 평가로 구분하여 수소충전소에 대한 위험성평가를 수행하였다. 정성적 평가는 Hazard and Operability Analysis(HAZOP) 기법을 사용하여 Dispenser Module을 두 개의 Node로 평가하였으며, Criticality Estimation Matrix에 따라 Filter의 막힘으로 인한 사고와 고압 사고의 위험도가 High Level로 평가되었다. 정량적 위험성 평가는 Hydrogen Korea Risk Assessment Module(Hy-KoRAM)을 사용하여 화재의 형상과 피해영향범위를 나타냈고, 개인적 위험도와 사회적 위험도에 대한 평가를 수행하였다. 개인적 위험도는 수소충전소로부터 약 100m 떨어진 공공시설 부근까지 추가적인 안전조치가 고려되는 As Low As Reasonably Practicable(ALARP) 구간의 위험도를 보였고, 사회적 위험도 역시 약 10명의 사망자가 발생할 사고빈도가 1E-04/year로 도출되며 ALARP 구간 내에 나타났다. 정성적·정량적 위험성 평가 결과, 공정 단계의 추가적인 안전 조치와 수소충전소 부근의 제한구역 설정을 통하여 안전성 향상 방안을 제시하였다.

• 사물인터넷융복합논문지
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• 제10권1호
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• pp.1-6
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• 2024

본 전기자동차(EV)의 사용을 늘리고 계통 부담을 최소화하기 위해 재생에너지를 사용하는 마이크로그리드가 중요한 역할을 담당해야 한다. 마이크로그리드는 소형 디젤발전과 같은 화석연료를 사용할 수도 있지만, 많은 경우에 친환경 에너지인 재생에너지로부터 에너지를 공급받을 수 있다. 그러나 태양광과 풍력과 같은 재생에너지는 가변적인 출력 특성을 갖는다. 따라서 전기자동차의 충·방전 에너지 수요를 충족하는 동시에 안정적으로 부하 전력을 공급하기 위해서 마이크로그리드에 디젤발전 또는 전기차-그리드(V2G)를 병행 에너지원으로 활용하는 전기자동차 충전인프라 구성에 대한 검토가 필요하다. 이와 같은 배경으로 본 연구에서는 태양광발전, 풍력발전, 디젤발전과 V2G를 활용하여 부하에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 마이크로그리드의 모델을 구성하였다. 제안된 마이크로그리드는 태양광발전과 풍력발전을 1차 공급에너지원으로 전력 수요에 대응토록 하고, 부하의 전기차의 운영 유형과 부하 동기기의 회전속도를 판단하여 부족 전력에 대해 디젤발전으로부터 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 모델이다. 이렇게 제안된 모델의 시스템 성능을 검증하기 위해 MATLAB/Simulink로 시뮬레이션함으로써 마이크로그리드의 안정적 운영 방안을 고찰하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제48권3호
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• pp.155-163
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• 2024

최근 탄소 저감에 대한 요구가 증가함에 따라 전 세계적으로 화석연료의 사용을 줄이고, 신재생 에너지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 신재생 에너지를 활용한 발전 방식 중, 부유식 해상풍력발전기는 설치제약이 적으며, 대규모 단지 구성이 수월한 장점이 있다. 부유식 해상풍력발전기의 파랑 중 운동응답 해석은 초기 설계 단계에서 필수적으로 수행되어야 한다. 본 연구는 부유식 해상풍력발전기 중반잠수식 해상풍력발전기에 대하여 종경사각에 따른 주파수 영역에서의 운동 해석을 수행하고, 종경사각에 따른 운동 특성에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 운동응답 분석은 6자유도 운동 중 Heave, Roll, Pitch에 대하여 수행하였다. 고유 주기 분석을 수행하여, 종경사각의 변화가 Heave, Pitch 운동은 유의미한 변화를 나타내진 않았지만, Roll 운동은 규칙적으로 변화함을 확인하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제48권4호
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• pp.274-283
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• 2024

기후변화는 가장 중요한 환경 문제 중 하나로, 이 변화의 주요 원인은 화석연료 사용으로 인한 탄소배출이다. 이에 대응하기 위해 다양한 대체 연료가 주목받고 있다. 이 중에서도 수소는 대용량 저장 및 대규모 운송 등 연료로서 많은 장점을 가지고 있지만 극인화성 기체이며 빠르게 확산되는 특성이 있어 수소를 다루는 시설에서는 환기를 통해 내부 안전을 확보하는 것이 필요하다. 본 연구는 밀폐공간에서 수소가 누출될 경우, 효율적으로 배출시킬 수 있는 급·배기구의 위치를 비교 및 분석하는 것을 목적으로 한다. 실험은 총 6가지의 급기구와 배기구 조합으로 시나리오를 구성하였다. 실험과정의 안전을 고려하여 수소 대신 물리적 성질이 유사한 헬륨을 사용하여 환기시스템이 작동 중일 때의 내부 산소농도를 분석하였다. 실험결과, 6가지 시나리오 중에서 하부측면의 급기구와 상부측면의 배기구를 활용한 환기(Case2)가 4분 30초로 가장 짧은 환기소요시간을 나타내었다. 더 나아가 상·중·하부 영역에 따른 산소농도감소율을 확인한 결과, 상부 영역에서는 상부면 급기구와 상부면·상부측면에 두 개의 배기구를 활용한 환기(Case6)가, 중부와 하부에서는 Case2가 낮은 값을 보였다.

• 청정기술
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• 제30권3호
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• pp.159-174
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• 2024

화석원료 기반의 에너지 소비가 급증함에 따라 지구온난화 또한 가속화되고 있다. 특히 도로 수송분야는 이산화탄소 배출이 많은 분야여서 기존의 내연기관 자동차 대신 전기자동차 활용을 권장하고 있으며 이에 따라 이차전지의 중요성이 대두되고 있다. 이차전지는 에너지를 사용하고 충방전 과정을 통해 재사용 할 수 있는 가역적인 전지로, 현재는 리튬 이온을 캐리어로 이용한 리튬이온전지가 많이 사용되고 있다. 이차전지는 에너지, 출력, 수명, 환경친화적, 비용, 안정성 등의 6개 주요 요인을 중요시하고 있으며 각 구성 요소의 소재 특성을 파악하여 6개의 요인을 모두 만족하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 양극재는 리튬 소재에서 벗어나기 힘든 만큼 리튬을 매개로 코발트, 니켈, 망간, 알루미늄 등 여러 물질을 혼합하여 좀 더 성능이 높은 소재 연구를 수행하고 있으며, 음극재는 흑연, 실리콘, 리튬 금속 등을 이용하여 용량을 증가시키는 방향으로 진행하고 있다. 전해질의 경우 현재 액체 전해질이 주로 사용되지만 안정성을 고려하여 고체 전해질 또한 연구 중이며 에너지와 출력 요인을 만족하기 위해서는 추가적인 연구가 더욱 진행 되어야한다. 이번 리뷰 논문에서는 이차전지의 개요부터 구성 요소의 소재 및 특성, 기술 동향, 이차전지 기업을 소개하여 이차전지의 전반적인 내용에 대한 이해를 돕고자 한다.

• 한국기후변화학회지
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• 제4권1호
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• pp.51-61
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• 2013

우리나라는 폐기물의 에너지화를 통해 기후변화와 에너지 부족 문제를 극복하려고 하고 있으며, 폐기물을 에너지화하려는 지속적인 노력에 따라 폐기물 소각처리가 점차 확대되고 있다. 이에 따른 폐기물 소각에서의 온실가스 배출량은 점차 증가할 전망이다. 따라서, 본 연구에서는 열 회수를 통해 열과 전력을 생산하는 생활폐기물 소각장을 대상시설로 선정하였다. 대상시설로 선정된 폐기물 소각발전시설에서 배출되는 온실가스 배출량을 산정하기 위한 방법을 모색하고, 온실가스 배출량 및 배출계수를 산정하였다. 대상시설에서의 $CO_2$ 배출농도는 평균 6.99%로 나타났으며, 이를 온실가스 배출량으로 산정한 결과, 총 배출량은 $254.60ton\;CO_2/day$로 나타났다. 바이오매스 소각에 의해 배출된 온실가스를 제외한 순 배출량은 $110.59ton\;CO_2/day$로 나타났다. 또한, 온실가스 배출량을 소각시설에서 생산된 열과 전력으로 구분하여 배출량을 산정한 후, 각각의 생산단위 당 온실가스 배출량으로 온실가스 배출계수를 산정하였다. 산정된 열 배출계수는 $0.047ton\;CO_2/GJ$, 전력 배출계수는 $0.652ton\;CO_2/MWh$로 나타났다. 산정된 전력 배출계수는 화석연료를 사용하는 화력발전소의 전력배출계수인 $0.783ton\;CO_2/MWh$보다 약 17% 낮은 것으로 나타났다. 본 연구에서 산정된 온실가스 배출량 및 배출계수에 중요한 영향을 미치는 요인으로는 폐기물 성상과 화석탄소함량으로 평가된다.

• 한국응용곤충학회지
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• 제61권4호
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• pp.605-614
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• 2022

인류는 기후변화와 인구 구성 비율의 급격한 노령화 라는 두 가지 커다란 생존을 위협하는 문제점에 직면해 있다. 기후변화는 경제 발전과 운송 수단의 발달로 화석 연료 사용 증가에 따른 대기 중 온실가스 농도가 증가한 결과이고, 인구 구성 비율의 노령화는 선진국의 의 생명과학 기술 발전과 개인 위생의 증진으로 기대 수명이 증가한 결과이다. 돌이킬 수 없는 전 지구적인 기후변화를 피하기 위해서는 빠른 기간 내에 온실 가스의 배출이 없는 탄소 제로 경제로 전환을 해야 한다. 이 목표를 달성하기 위해서는 농업 중 온실가스의 발생이 가장 많은 낙농축산업을 저탄소 경영방식으로 전환하고 동시에 소비자들의 저탄소 식품들에 대한 인식의 변화가 필요하다. 현재 지구상 이용 가능 초지 중 77%가 가축용 사료 재배에 활용되지만, 인간이 섭취하는 전체 단백질의 37%와 총 열량의 18%만이 낙농축산업에서 얻어질 뿐이다. 그러므로, 가축보다 온실가스 배출량, 물의 사용량이 적고, 사육 공간이 작아도 되며 사료전환율이 높은 식용 곤충을 단백질원으로 활용해야 할 필요성이 있다. 이와 더불어 건강기능 증진 효과가 있다고 과학적으로 밝혀진 누에와 같은 곤충들의 기능성을 활용하여 현재 치료 방법이나 예방법이 확립되지 않은 퇴행성 질환들을 예방하고 치료를 촉진시킬 수 있는 기능성 식품 개발이 필요하다. 곤충은 동물 중 가장 오래 전에 지구상에 나타났고, 인간의 생존 유무와 상관없이 앞으로도 빠르게 진화를 하여 지구의 환경 변화에 적응하고 번성할 것이다. 그러므로, 다양한 식용 곤충과 누에를 포함한 약용 곤충을 이용한 산업은 현재 인류가 직면한 문제를 해결하여 미래에 인간이 지구에서 생존하고 번영할 수 있는 중요한 받침돌이 될 것이다.