• 공업화학
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• 제34권1호
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• pp.15-22
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• 2023

최근, 피셔-트롭시(Fischer-Tpropsch, F-T) 합성 생성물의 단환방향족(BTEX) 수율을 향상시켜 공정 경제성 및 효율을 높이기 위한 연구가 활발하다. 본 연구에서는, F-T 유래 탄화수소의 모델로서 에틸렌을 선정하고, HZSM-5 (HZ5)의 산특성, 메조기공율 및 결정화도 변화에 따른 에틸렌으로부터 방향족 합성 반응(ethylene-to-aromatics, ETA) 거동에 대하여 조사하였다. HZ5에 몰농도를 달리한 NH₄F 수용액을 함침 및 소성하여 불소 도입 HZ5를 제조하였으며, F/HZ5의 구조 및 화학적 특성은 BET, 고체 NMR, XPS, NH₃-TPD 및 피리딘-IR 분광법을 통하여 조사되었다. ETA 반응은 673 K, 0.1 MPa의 조건에서 실시되었으며, 0.17 M NH₄F 수용액 처리에 의한 불소화 HZ5는 산특성, 메조기공율 및 결정성 향상에 기인하여 에틸렌 전환율, BTEX 선택도 및 촉매 안정성이 향상되었다.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제64권3호
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• pp.539-563
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• 2022

Nine pig farms were evaluated for the welfare quality in Korea using animal- and environment-based parameters (particularly air quality parameters) during the winter of 2013. The Welfare Quality^® (WQ^®) protocol consists of 12 criteria within four principles. The WQ^® protocol classifies farms into four categories ranging from 'excellent' to 'not classified'. Each of these criteria has specific measures for calculating scores. Calculations for the welfare scores were conducted online using the calculation model in the WQ^® protocol. Environment-based parameters like microclimate (i.e., temperature, relative humidity, air speed, and particulate matter), bacteria (total airborne bacteria, airborne total coliform, and airborne total Escherichia coli), concentration of gases (carbon dioxide, ammonia, and hydrogen sulfide) were measured to investigate the relationship between animal- and environment-based parameters. Correlations between the results of animal- and environment-based parameters were estimated using spearman correlation coefficient. The overall assessments found that five out of nine farms were 'acceptable', and four farms were 'enhanced'; no farm was 'not classified'. The average score for the four principles across the nine farms, in decreasing order, were 'good feeding' (63.13 points) > 'good housing' (59.26 points) > 'good health' (33.47 points) > 'appropriate behaviors' (25.48 points). In the result of the environment aspect, the relative humidity of farms 2 (93.4%), 3 (100%), and 9 (98%) was much higher than the recommended maximum relative humidity of 80%, and four out of the nine farms had ammonia concentrations greater than 40 ppm. Ammonia had negative correlations with 'positive social behaviors' and positive emotional states: content, enjoying, sociable, playful, lively, happy and it had positive correlations with negative emotional states: aimless, distressed. The concentration of carbon dioxide had negative correlations with positive emotional states; calm, sociable, playful, happy and it had a positive correlation with negative emotional state; aimless. Our results indicate that the control of the environment for growing pigs can help improve their welfare, particularly via good air quality (carbon dioxide, ammonia, hydrogen sulfide).

• 한국농림기상학회지
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• 제25권1호
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• pp.37-47
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• 2023

The black cutworm, Agrotis ipsilon (Hufnagel), is an important crop pest worldwide that feeds more than 80 plant species including cabbage, potato, maize, wheat and bean, and this moth is a typical pest attacking underground parts of crops. It has been known in farm booklets that the larvae of A. ipsilon overwinter in the soil in Korea, but no definitive data exist yet. This study was conducted to evaluate that the specific appearance time of A. ipsilon observed actually in the field could be explained when we assumed that this pest overwinters in a form of larvae or pupae. Degree day-based phenology models were applied for tracking forward or backward to find the predicted developmental stage which developed at a specific stage found in the field. As a result of the analysis, it was confirmed that an initial population could be established in a group that does not overwinter as larvae or pupae in Korea. In other words, the appearance of adults in early March to April could not be explained by the presence of domestic overwintering populations. Populations that overwinter as larvae or pupae in Korea were able to emerge as adults in June to July at the earliest. Therefore, the group of adults appearing in early spring is highly likely to be a population that migrated from outside Korea. Taken together, it was estimated that the colony of A. ipsilon in Korea would be formed by a mixture of a migrant population through long-distance migration and a overwintering population.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권3호
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• pp.173-184
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• 2023

기후 변화로 인하여 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 녹조류 번무 현상이 잦아지면서 유해 녹조의 독성에 대한 위험성이 최근 대두된 바 있다. 대표적인 유해 조류인 남조류는 수온, 체류시간 및 영양염류 이렇게 3가지 요소의 교집합으로 발생한다고 알려져 있다. 본 연구에서는 내성천 내 영주댐의 완전개방으로 체류시간 감소에 따른 수질 변화 분석을 위해 준3차원 수치모델인 EFDC를 활용하여 수질모의를 수행하였다. 실제 2021년 여름철 영주댐 내 엽록소-a의 농도는 상당하여 과거 조류경보제 기준으로 '조류경보'를 오랜 기간 동안 상회하였다. 반면 댐 수문을 완전 개방한 조건으로 모의를 수행한 결과, 모의기간 동안 엽록소-a 농도가 대부분 '조류경보' 수준 이하로 저감되었다. 내성천의 흐름을 복원하여 체류시간을 감소시키는 것이 영주댐 내 녹조를 즉각적으로 저감시키는 방안임을 확인하였다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제28권2호
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• pp.1-11
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• 2023

Groundwater-surface water interaction was evaluated using water quality parameters (temperature and electrical conductivity), distributions of stable water isotopes (δ²H and δ ¹⁸O), and Rn-222 in lagoon water, groundwater, and seawater at three coastal lagoons (Songji (SJ), Youngrang (YR), and Sunpo (SP) Lagoon) in South Korea. From the results of composition and distributions of δ²H and δ¹⁸O, it was found that groundwater fraction of lagoon water in YR Lagoon (76%) was slightly higher than those of SJ (42%), and SP (63%) Lagoon. Based on Rn-222 mass balance model, groundwater discharge into SJ Lagoon in summer 2020 was estimated to be (3.2±1.1)×10³ m³ day^-1, which showed a similar or an order of magnitude higher than the results of previous studies conducted in coastal lagoons. This study can provide advanced techniques to evaluate groundwater-surface water interaction in coastal lagoons, wetlands, and lakes, and help to determine the effects of groundwater on coastal ecosystems.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권3호
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• pp.368-377
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• 2023

천연가스복합발전 공정은 일반 석탄 화력발전 공정에 비해 이산화탄소 배출량이 낮아 최근에 발전 플랜트로서 많은 관심을 받고 있다. 그럼에도 불구하고 이산화탄소 배출을 완전히 억제하기는 어려우므로 이산화탄소 포집공정이 필요하며 본 연구에서는 천연가스복합발전 플랜트에서 발생하는 배기가스 내 낮은 이산화탄소 농도를 고려해 포집공정을 구성하고 운전조건을 최적화하는 연구를 수행하였다. 최적화 연구를 위해 상용 시뮬레이션 프로그램으로 천연가스복합발전 공정과 습식 이산화탄소 포집공정이 결합된 전체 공정을 모델링 하였으며, 이를 이용해 다양한 조건에서 이산화탄소 흡수율, 흡수제 재생율, 천연가스복합발전 공정 내 전력 손실율을 종합적으로 고려한 최적 운전조건을 도출하였다. 특히 본 연구에서는 기존에 이산화탄소 포집공정에서 포집된 이산화탄소 톤당 에너지 소모량만을 주요 지표로 검토하던 것과 달리, 천연가스복합발전 공정 내 스팀 사용으로 인한 발전효율 저감, 운전조건 변화에 따른 이산화탄소 흡수율 및 흡수제 재생율 변화의 측면도 함께 고려하여 공정 전반의 성능을 종합적으로 고려할 수 있도록 하였다. 결론적으로 재생탑 재비기 온도가 120 ℃가 되었을 때 가장 좋은 결과를 보이는 것으로 나타났으며, 그 원인을 분석하였다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2021년도 춘계학술대회
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• pp.43-45
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• 2021

초단기 강수예측 시스템은 단시간 발생하는 집중호우와 같은 위험기상에 대응하기 위해 사회·경제적으로 중요하다. 최근 국내·외에서 심층신경망을 활용한 초단기 강수예측 연구가 활발히 진행되고 있다. 심층신경망을 이용한 강수예측 모델은 훈련 데이터를 만들 때 기상데이터의 구조와 종류가 복잡하고 방대하므로 기상학적 이해를 바탕으로 복잡한 전처리 과정이 필요하다. 또한, 비선형적인 패턴의 강수 현상을 예측하기 위하여 기상의 상호작용에 대한 이해를 바탕으로 입력 데이터를 구성해야 한다. 따라서 본 연구에서는 다음과 같은 접근법을 제안하고자 한다. i) 기상레이더 합성 강수장과 강수발달에 영향을 줄 수 있는 주요 인자(레이더, 지형, 온도, 등)를 훈련 데이터 구축을 위해 패턴 분석에 적합한 형태로 정제하고 이를 구조화하여 통합한다. ii) 합성곱 신경망과 합성곱 장단기 기억 신경망을 접목하여 초단기 예측 강수장을 산출한다. 2020년 강수 사례를 이용하여 제안한 모델의 정확성을 검증하였다. 제안한 모델은 비선형적인 패턴의 강수 현상을 잘 모의하였고, 강수의 규모 및 강도에 대한 예측성능이 향상되었다. 이는 강수를 동반한 초단기 위험기상의 방재에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.88-88
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• 2021

최근 수자원과 수질관리 분야에 자료기반 머신러닝 모델과 딥러닝 모델의 활용이 급증하고 있다. 그러나 딥러닝 모델은 Blackbox 모델의 특성상 고전적인 질량, 운동량, 에너지 보존법칙을 고려하지 않고, 데이터에 내재된 패턴과 관계를 해석하기 때문에 물리적 법칙을 만족하지 않는 예측결과를 가져올 수 있다. 또한, 딥러닝 모델의 예측 성능은 학습데이터의 양과 변수 선정에 크게 영향을 받는 모델이기 때문에 양질의 데이터가 제공되지 않으면 모델의 bias와 variation이 클 수 있으며 정확도 높은 예측이 어렵다. 최근 이러한 자료기반 모델링 방법의 단점을 보완하기 위해 프로세스 기반 수치모델과 딥러닝 모델을 결합하여 두 모델링 방법의 장점을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다(Read et al., 2019). Process-Guided Deep Learning (PGDL) 방법은 물리적 법칙을 반영하여 딥러닝 모델을 훈련시킴으로써 순수한 딥러닝 모델의 물리적 법칙 결여성 문제를 해결할 수 있는 대안으로 활용되고 있다. PGDL 모델은 딥러닝 모델에 물리적인 법칙을 해석할 수 있는 추가변수를 도입하며, 딥러닝 모델의 매개변수 최적화 과정에서 Cost 함수에 물리적 법칙을 위반하는 경우 Penalty를 추가하는 알고리즘을 도입하여 물리적 보존법칙을 만족하도록 모델을 훈련시킨다. 본 연구의 목적은 대청호의 수심별 수온을 예측하기 위해 역학적 모델과 딥러닝 모델을 융합한 PGDL 모델을 개발하고 적용성을 평가하는데 있다. 역학적 모델은 2차원 횡방향 평균 수리·수질 모델인 CE-QUAL-W2을 사용하였으며, 대청호를 대상으로 2017년부터 2018년까지 총 2년간 수온과 에너지 수지를 모의하였다. 기상(기온, 이슬점온도, 풍향, 풍속, 운량), 수문(저수위, 유입·유출 유량), 수온자료를 수집하여 CE-QUAL-W2 모델을 구축하고 보정하였으며, 모델은 저수위 변화, 수온의 수심별 시계열 변동 특성을 적절하게 재현하였다. 또한, 동일기간 대청호 수심별 수온 예측을 위한 순환 신경망 모델인 LSTM(Long Short-Term Memory)을 개발하였으며, 종속변수는 수온계 체인을 통해 수집한 수심별 고빈도 수온 자료를 사용하고 독립 변수는 기온, 풍속, 상대습도, 강수량, 단파복사에너지, 장파복사에너지를 사용하였다. LSTM 모델의 매개변수 최적화는 지도학습을 통해 예측값과 실측값의 RMSE가 최소화 되로록 훈련하였다. PGDL 모델은 동일 기간 LSTM 모델과 동일 입력 자료를 사용하여 구축하였으며, 역학적 모델에서 얻은 에너지 수지를 만족하지 않는 경우 Cost Function에 Penalty를 추가하여 물리적 보존법칙을 만족하도록 훈련하고 수심별 수온 예측결과를 비교·분석하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권11호
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• pp.801-813
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• 2023

최근 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN)의 연구가 활발하게 진행되면서 ANN을 이용하여 하천의 수질을 예측하는 연구가 진행되고 있다. 그러나 ANN은 Black-box의 형태이기 때문에 ANN 내부의 연산과정을 분석하는데 어려움이 있다. ANN의 연산과정을 분석하기 위해 설명가능한 인공지능(eXplainable Artificial Intelligence, XAI) 기술이 사용되고 있으나, 수자원 분야에서 XAI 기술을 활용한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구는 XAI 기술 중 Layer-wise Relevance Propagation (LRP)을 사용하여 낙동강의 다산 수질관측소의 수온, 용존산소량, 수소이온농도 및 엽록소-a를 예측하기 위한 Multi Layer Perceptron (MLP)을 분석하였다. LRP를 기반으로 수질을 학습한 MLP를 분석하여 수질을 예측하기 위한 최적의 입력자료를 선정하고, 최적의 입력자료를 이용하여 학습한 MLP의 예측결과에 대한 분석을 실시하였다. LRP를 이용하여 최적의 입력자료를 선정한 결과를 보면, 수온, 용존산소량, 수소이온농도 및 엽록소-a 모두 주변지역의 일 강수량을 제외한 입력자료를 학습한 MLP의 예측정확도가 가장 높았다. MLP의 용존산소량 예측결과에 대한 분석결과를 보면, 최고점에서 수소이온농도 및 용존산소량의 영향이 크고 최저점에서는 수온의 영향이 큰 것으로 분석되었다.

• 공업화학
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• 제34권5호
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• pp.529-533
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• 2023

우리 일상에서 대량으로 생성되는 리그노셀룰로즈(lignocellulose) 물질인 커피 찌꺼기(coffee grounds)를 탄화하여 얻어지는 탄소 소재의 전기화학적 특성과 흡착 성능을 고찰하였다. 커피 찌꺼기를 섭씨 600도 정도의 상대적 저온에서 탄화하여 얻어지는 탄소의 형태적 구조를 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 고찰하였다. Raman 분석을 통하여 얻어진 탄소 재료의 결정성 정보를 얻었다. 기본적인 전기적 특성을 간단한 옴의 관계(Ohmic relation)를 통하여 확인하였다. 나아가, 탄화된 재료가 리튬 이차 전지의 음극(anode) 소재로 활용될 수 있는지 여부를 반쪽 전지(half-cell) 충방전(charge/discharge) 테스트를 통해 살펴보았으며, 초기 음극재의 비용량은 약 520 mAh/g으로 나타났다. 이어서, 커피 찌꺼기 탄화로 얻어진 탄소 소재의 다공성 구조로 인해 분자를 흡착할 수 있음을 자외선(ultraviolet, UV) 흡광도(absorption) 측정을 통해 확인하였다. 탄소 소재의 표면 개질을 통해 극성이 다른 분자들의 선택적으로 흡착할 수 있음을 추가로 확인하였다. 본 연구는 향후 목질계 폐기물의 활용에 대한 중요한 정보를 제공할 것이다.