Comparing with the large containment, the gas can not flow freely within the local compartment due to the small volume of the compartment in case of serious accident, which affects the hydrogen flow distribution, and it will determines the location where high concentration occurs in compartment. In this paper, hydrogen distribution and possible hydrogen risk in the vessel under the different conditions are investigated. The results show that when the initial gas momentum is increased, the ability of gas enters into the upper region of the vessel will be strengthened, and the hydrogen volume fraction in the upper region of the vessel is higher. Comparing with horizontal source direction, when source direction is vertically towards upper space, hydrogen is more likely to accumulate in the upper region of the vessel. With the increasing of steam mass flow, the dilution effect of steam on the hydrogen volume fraction will be strengthened, while the pressure in the vessel is also increased. When steam flow is decreased, the hydrogen explosion risk is higher in the vessel. The experiment data can provide technical support for the validation of the CFD software and the mitigation of hydrogen risk in the containment compartment.
Methane, one of the important greenhouse gas, has a higher global warming potential than that of carbon dioxide. Agriculture, especially livestock, is considered as the biggest sector in producing anthropogenic methane. Among livestock, ruminants are the highest emitters of enteric methane. Methanogenesis, a continuous process in the rumen, carried out by archaea either with a hydrogenotrophic pathway that converts hydrogen and carbon dioxide to methane or with methylotrophic pathway, which the substrate for methanogenesis is methyl groups. For accurate estimation of methane from ruminants, three methods have been successfully used in various experiments under different environmental conditions such as respiration chamber, sulfur hexafluoride tracer technique, and the automated head-chamber or GreenFeed system. Methane production and emission from ruminants are increasing day by day with an increase of ruminants which help to meet up the nutrient demands of the increasing human population throughout the world. Several mitigation strategies have been taken separately for methane abatement from ruminant productions such as animal intervention, diet selection, dietary feed additives, probiotics, defaunation, supplementation of fats, oils, organic acids, plant secondary metabolites, etc. However, sustainable mitigation strategies are not established yet. A cumulative approach of accurate enteric methane measurement and existing mitigation strategies with more focusing on the biological reduction of methane emission by direct-fed microbials could be the sustainable methane mitigation approaches.
Ruminal methane production functions as the main sink for metabolic hydrogen generated through rumen fermentation and is recognized as a considerable source of greenhouse gas emissions. Methane production is a complex trait affected by dry matter intake, feed composition, rumen microbiota and their fermentation, lactation stage, host genetics, and environmental factors. Various mitigation approaches have been proposed. Because individual ruminants exhibit different methane conversion efficiencies, the microbial characteristics of low-methane-emitting animals can be essential for successful rumen manipulation and environment-friendly methane mitigation. Several bacterial species, including Sharpea, uncharacterized Succinivibrionaceae, and certain Prevotella phylotypes have been listed as key players in low-methane-emitting sheep and cows. The functional characteristics of the unclassified bacteria remain unclear, as they are yet to be cultured. Here, we review ruminal methane production and mitigation strategies, focusing on rumen fermentation and the functional role of rumen microbiota, and describe the phylogenetic and physiological characteristics of a novel Prevotella species recently isolated from low methane-emitting and high propionate-producing cows. This review may help to provide a better understanding of the ruminal digestion process and rumen function to identify holistic and environmentally friendly methane mitigation approaches for sustainable ruminant production.
LEE JUNG-JAE;LEE JIN-YONG;PARK GOON-CHERL;LEE BYUNG-CHUL;YOO HOJONG;KIM HYEONG-TAEK;OH SEUNG-JONG
Nuclear Engineering and Technology
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제37권3호
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pp.265-272
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2005
Severe accidents in nuclear power plants can cause hydrogen-generating chemical reactions, which create the danger of hydrogen combustion and thus threaten containment integrity. For containment analyses, a three-dimensional mechanistic code, GOTHIC-3D has been applied near source compartments to predict whether or not highly reactive gas mixtures can form during an accident with the hydrogen mitigation system working. To assess the code applicability to hydrogen combustion analysis, this paper presents the numerical calculation results of GOTHIC-3D for various hydrogen combustion experiments, including FLAME, LSVCTF, and SNU-2D. In this study, a technical base for the modeling oflarge- and small-scale facilities was introduced through sensitivity studies on cell size and bum modeling parameters. Use of a turbulent bum option of the eddy dissipation concept enabled scale-free applications. Lowering the bum parameter values for the flame thickness and the bum temperature limit resulted in a larger flame velocity. When applied to hydrogen combustion analysis, this study revealed that the GOTHIC-3D code is generally able to predict the combustion phenomena with its default bum modeling parameters for large-scale facilities. However, the code needs further modifications of its bum modeling parameters to be applied to either small-scale facilities or extremely fast transients.
Dehjourian, Mehdi;Sayareh, Reza;Rahgoshay, Mohammad;Jahanfarnia, Gholamreza;Shirani, Amir Saied
Nuclear Engineering and Technology
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제48권5호
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pp.1174-1183
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2016
Hydrogen release during severe accidents poses a serious threat to containment integrity. Mitigating procedures are necessary to prevent global or local explosions, especially in large steel shell containments. The management of hydrogen safety and prevention of over-pressurization could be implemented through a hydrogen reduction system and spray system. During the course of the hypothetical large break loss-of-coolant accident in a nuclear power plant, hydrogen is generated by a reaction between steam and the fuel-cladding inside the reactor pressure vessel and also core concrete interaction after ejection of melt into the cavity. The MELCOR 1.8.6 was used to assess core degradation and containment behavior during the large break loss-of-coolant accident without the actuation of the safety injection system except for accumulators in Beznau nuclear power plant. Also, hydrogen distribution in containment and performance of hydrogen reduction system were investigated.
본 논문에서는 충주시 설치 예정인 수소충전소를 대상으로 하여 공정별 위험요소를 분석하여 위험도를 낮출 수 있는 방향을 제시하였다. 위험요소를 분석하기 위해 수소 가스의 정량적 위험성 평가 도구 중 하나인 HyRAM을 이용하였다. 공정별로 사고 빈도와 사고 영향을 평가하여 가장 위험한 공정과 사고 요소를 제시하였으며, 이를 종합한 위험 감쇄 요인을 도출하였다. 수소충전소는 현재 세계적으로 인프라 확충 시기이기 때문에 사고 데이터가 부족해 이러한 위험성 평가가 대안이 될 수 있으며 향후 늘어나게 될 수소충전소 건립에 참고자료로 쓰일 수 있을 것으로 예상된다.
Hydrogen is gaining attention as a sustainable and renewable energy source, potentially replacing fossil fuels. Its high diffusivity, wide flammable range, and low ignition energy make it prone to ignition even with minimal friction, potentially leading to fire and explosion risks. Workplaces manage ignition risks by classifying areas with explosive atmospheres. However, the effective installation of a blast wall can significantly limit the spread of hydrogen, thereby enhancing workplace safety. To optimize the wall installation of this barrier, we employed the response surface methodology (RSM), considering variables such as wall distance, height, and width. We performed 17 simulations using the Box-Behnken design, conducted using FLACS software. This process yielded two objective functions: explosion likelihood near the barrier and explosion overpressure affecting the blast wall. We successfully achieved the optimal solution using multi-objective optimization for these two functions. We validated the optimal solution through verification simulations to ensure reliability, maintaining a margin of error of 5%. We anticipated that this method would efficiently determine the most effective installation of a blast wall while enhancing workplace safety.
The abatement of methane emission from ruminants is an important global issue due to its contribution to greenhouse gas with carbon dioxide. Methane is generated in the rumen by methanogens (archaea) that utilize metabolic hydrogen ($H_2$) to reduce carbon dioxide, and is a significant electron sink in the rumen ecosystem. Therefore, the competition for hydrogen used for methanogenesis with alternative reductions of rumen microbes should be an effective option to reduce rumen methanogenesis. Some methanogens parasitically survive on the surface of ciliate protozoa, so that defaunation or decrease in protozoa number might contribute to abate methanogenesis. The most important issue for mitigation of rumen methanogenesis with manipulators is to secure safety for animals and their products and the environment. In this respect, prophylactic effects of probiotics, prebiotics and miscellaneous compounds to mitigate rumen methanogenesis have been developed instead of antibiotics, ionophores such as monensin, and lasalocid in Japan. Nitrate suppresses rumen methanogenesis by its reducing reaction in the rumen. However, excess intake of nitrate causes intoxication due to nitrite accumulation, which induces methemoglobinemia. The nitrite accumulation is attributed to a relatively higher rate of nitrate reduction to nitrite than nitrite to ammonia via nitroxyl and hydroxylamine. The in vitro and in vivo trials have been conducted to clarify the prophylactic effects of L-cysteine, some strains of lactic acid bacteria and yeast and/or ${\beta}$1-4 galactooligosaccharide on nitrate-nitrite intoxication and methanogenesis. The administration of nitrate with ${\beta}$1-4 galacto-oligosaccharide, Candida kefyr, and Lactococcus lactis subsp. lactis were suggested to possibly control rumen methanogenesis and prevent nitrite formation in the rumen. For prebiotics, nisin which is a bacteriocin produced by Lactococcus lactis subsp. lactis has been demonstrated to abate rumen methanogenesis in the same manner as monensin. A protein resistant anti-microbe (PRA) has been isolated from Lactobacillus plantarum as a manipulator to mitigate rumen methanogenesis. Recently, hydrogen peroxide was identified as a part of the manipulating effect of PRA on rumen methanogenesis. The suppressing effects of secondary metabolites from plants such as saponin and tannin on rumen methanogenesis have been examined. Especially, yucca schidigera extract, sarsaponin (steroidal glycosides), can suppress rumen methanogenesis thereby improving protein utilization efficiency. The cashew nutshell liquid (CNSL), or cashew shell oil, which is a natural resin found in the honeycomb structure of the cashew nutshell has been found to mitigate rumen methanogenesis. In an attempt to seek manipulators in the section on methane belching from ruminants, the arrangement of an inventory of mitigation technologies available for the Clean Development Mechanism (CDM) and Joint Implementation (JI) in the Kyoto mechanism has been advancing to target ruminant livestock in Asian and Pacific regions.
This paper revisits the Fukushima accident to draw lessons in the aspect of nuclear safety considering the fact that the Fukushima accident resulted in core damage for three nuclear power plants simultaneously and that there is a high possibility of a failure of the integrity of reactor vessel and primary containment vessel. A brief review on the accident progression at Fukushima nuclear power plants is discussed to highlight the nature and characteristic of the event. As the severe accident management measures at the Fukushima Daiich nuclear power plants seem to be not fully effective, limitations of current severe accident management strategy are discussed to identify the areas for the potential improvements including core cooling strategy, containment venting, hydrogen control, depressurization of primary system, and proper indication of event progression. The gap between the Fukushima accident event progression and current understanding of severe accident phenomenology including the core damage, reactor vessel failure, containment failure, and hydrogen explosion are discussed. Adequacy of current safety goals are also discussed in view of the socio-economic impact of the Fukushima accident. As a conclusion, it is suggested that an investigation on a coherent integrated safety principle for the severe accident and development of innovative mitigation features is necessary for robust and resilient nuclear power system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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