• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권3호
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• pp.1062-1070
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• 2022

In the present communication, pure and stable α-Bismuth Oxide (Bi₂O₃) nanoparticles (NPs) were synthesized by low temperature solution combustion method using urea as a fuel and calcined at 500℃. The synthesized sample was characterized by using powder X-ray Diffraction (PXRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy dispersive X-ray analysis (EDAX), Transmission Electron Microscopy (TEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and UV-Visible absorption spectroscopy. The PXRD pattern confirms the formation of mono-clinic, stable and low temperature phase α-Bi₂O₃. The direct optical energy band gap was estimated by using Wood and Tauc's relation which was found to be 2.81 eV. The characterized sample was studied for X-ray/gamma ray shielding properties in the energy range 0.081-1.332 MeV using NaI (Tl) detector and multi channel analyzer (MCA). The measured shielding parameters agrees well with the theory, whereas, slight deviation up to 20% is observed below 356 keV. This deviation is mainly due to the influence of atomic size of the target medium. Furthermore an accurate theory is necessary to explain the interaction of X-ray/gamma ray with the NPs.The present work opens new window to use this facile, economical, efficient, low temperature method to synthesize nanomaterials for X-ray/gamma ray shielding purpose.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권6호
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• pp.783-791
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• 2015

바이오매스 가스화 공정을 위하여 내경이 0.1 m이고 높이가 1.2 m인 유동층 반응기에서 수증기 및 촉매의 첨가가 프로듀서가스(Producer gas)에 미치는 영향을 파악하였다. 가스화 장치는 유동층 반응기, 연료공급 장치, 사이클론, 2개의 냉각기, 수증기 발생장치 및 가스분석기로 구성하였다. 층물질 및 촉매물질로 평균입자크기 $380{\mu}m$의 비구형 silica sand 와 평균입자 $356{\mu}m$ 크기의 소성된 백운석을 사용하였다. 사용된 바이오매스는 국산 우드펠릿(Korea woody pellet) 및 동남아 팜 부산물인 EFB(empty fruit bunch)를 펠릿 형태로 가공하여 사용하였다. 실험 고정 변수로는 연료공급량 50 g/min(EFB), 38 g/min(KWP) 반응 온도 $800^{\circ}C$, ER(equivalence ratio) 0.25로 설정하였다. 조업 변수로 촉매인 소성된 백운석을 층물질 0~100 wt%의 혼합비로 사용하였다. 가스화매체로 공기 또는 Air-Steam을 사용하였다. 이때 수증기 첨가량은 SBR(steam to biomass ratio) 기준 0.3으로 하였다. 생성된 가스의 조성, 타르(Tar) 및 저위발열량을 측정하였다. 실험의 결과로 소성된 백운석은 모든 실험조건에서 프로듀서가스 타르의 함량을 감소시키며 최대 67.3 wt%의 감소율을 보였다. 저위발열량은 공기가스화에서 소성된 백운석 첨가량이 증가할수록 감소하였다. 하지만 Air-steam 가스화에서 저위발열량은 변화가 적거나 오히려 소폭 증가한 경향을 보였다.

• 자원리싸이클링
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• 제31권5호
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• pp.67-76
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• 2022

가구 산업은 부가가치 창출의 가능성이 높고 중소기업이 주축이 되어 있는 산업 특성상 일자리 창출 여력이 크다. 그러나, 최근 사용 후 가구의 처리 동향을 살펴보면 재사용 가치가 충분한 사용 후 가구마저도 파쇄되어 고형연료(SRF)로 활용되고 있는 사례가 많으며, 폐기물 처리업체는 지속적으로 감소하면서 폐목재 적체 현상으로 이어지고 있다. 이 같은 문제를 해결하기 위한 방안으로, 순환이용효율성이 높은 사용 후 가구 재제조 비즈니스 모델을 제안하고자 한다. 재제조는 자원 및 에너지 절감 효과가 크고, 고용창출 효과가 높다는 점에서 사용 후 가구에 적용 시 산업경제적 파급효과가 클 것으로 사료된다. 이에 본 연구에서는 해외의 사용 후 가구 재제조 과정을 분석하여 그 특성을 파악하고 이를 바탕으로 경제성 및 환경성 분석을 수행하였다. 경제성 분석 결과, 1인 사업장 기준으로 사용 후 가구 재제조를 통한 연간 예상수익은 약 104백만원, B/C 분석결과는 30으로 높은 사업성을 확보하는 것으로 나타났다. 이는 우리나라 1인 근로자 가구 연평균 소득의 3.11배(연평균 소득은 33백만원)에 달하는 수준이며, 같은 중량의 SRF로 재자원화할 경우의 수익 325천원보다 320배 높은 수준이다. 또한, 환경성 분석결과, 기존의 목재펠릿으로 가공하는 재자원화보다 재제조함으로써 얻을 수 있는 연간 온실가스 저감효과는 연간 2.2 tCO₂-eq.이며, 이는 소나무 937그루 또는 신갈나무 622그루가 연간 흡수하는 온실가스의 양과 유사한 수치이다. 이러한 연구결과는 폐기단계에서 경제적 환경적 효과를 고려한 재자원화 방법을 우선 적용하는 것이 중요함을 시사해준다.

• 공업화학
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• 제27권6호
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• pp.646-652
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• 2016

바이오매스는 최근 화석연료의 고갈 및 지구온난화 등의 문제에 대응하기 위한 신재생에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 바이오오일은 폐목재, 농업 및 임업 부산물 등의 바이오매스로부터 급속열분해 과정을 통하여 생산되는 액체연료이다. 바이오오일은 일반적인 석유 계통의 연료에 비하여 점도가 매우 높고 고체상의 불순물을 포함하고 있어 버너 적용시 스프레이 분무 특성이 저하된다. 또한, 바이오오일은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌으로부터 유래되는 수백 종류의 화학종들로 이루어져 있어 일반적인 액체연료와는 액적의 증발 특성이 뚜렷하게 구분된다. 본 연구에서는, 바이오오일의 구성 성분을 아세트산, 레보글루코산, 페놀, 수분으로 단순화하여 액적의 증발 특성에 관한 수치해석적 연구를 수행하였다. 다양한 주위공기 온도, 액적의 초기 지름, 에탄올 혼합 비율에 대하여 액적의 증발 특성을 비교하였다. 주위공기 온도가 높아질수록 바이오오일 액적의 증발 시간은 짧아졌으며, 특히 낮은 온도 범위에서는 증발 시간이 공기온도에 매우 민감하였다. 또한 액적의 지름이 감소할수록, 에탄올 혼합 비율이 증가할수록 증발 시간이 단축됨을 알 수 있었다.

• 한국기후변화학회지
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• 제9권4호
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• pp.303-312
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• 2018

In Ethiopia, climate change and deforestation are major issues hindering sustainable development. Local Ethiopian communities commonly perceive an increase in temperature and a decrease in rainfall. Meteorological data shows that rainfall has declined in southern Ethiopia, and spring droughts have occurred more frequently during the last 10-15 years. The frequently occurring droughts have seriously affected the agriculture-dominated Ethiopian economy. Forests can play an important role in coping with climate change. However, deforestation is alarmingly high in Ethiopia, and this is attributed mainly to agricultural expansion and fuel wood extraction. Deforestation has led to a decrease in various benefits from forest ecosystem services, and increased ecological and environmental problems including loss of biodiversity. To resolve the issues effectively, it is crucial to enhance climate change resilience through reforestation and various international collaborations are urgently needed. To continue collaboration activities for resolving these issues, it is first necessary to address fundamental questions on the nature of collaboration: does collaboration aim for a support-benefit or a mutual benefit situation; dividing the workload or sharing the workload; an advanced technology or an appropriate technology; and short-term and intensive or long-term and extensive?. Potential collaboration activities were identified by sectors: in the governmental sector, advancing governmental structure and policy, enhancing international collaborations and negotiations, and capacity building for forest restoration and management; in the research and education sector, identifying and filling gaps in forestry and climate change education, capacity building for reforestation and climate change resilience research, and developing bioenergy and feed stocks; and in the business and industry sector, supporting conservation based forestry businesses and industries, while promoting collaboration with the research and education sectors. It is envisaged that international collaboration for enhancing climate change resilience through reforestation will provide a strong platform for resolving climate change and deforestation issues, and achieving sustainable development in Ethiopia.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.443-450
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• 2019

본 연구에서는 유중건조 공정으로 커피찌꺼기 고형연료를 제조하기 위한 최적 조건을 선정하는 연구를 수행하였다. 유중건조 장비를 실험실 규모에서 파일럿 규모로 확장하여 효율을 비교 분석하였으며, 최적 조건을 선정하기 위하여 커피찌꺼기와 기름의 비율 선정, 세팅 온도, 비율별 시간에 따른 온도변화 및 함수율을 측정하였다. 또한 연구결과물(커피찌꺼기 유중건조물)의 특성분석을 위하여 칼로리미터와 TGA, 연소 장비, 연소 가스 측정기를 이용하여 생산한 고형연료의 특성분석을 하였다. 그 결과 기름과 커피찌꺼기의 비율은 4:1이었고 세팅 온도 $300^{\circ}C$로 설정 시 20분 이내에 함수율 10wt.% 이하에 도달하였다. 또한 6,273kcal/kg의 높은 발열량을 보였으나 커피찌꺼기의 경우 목재와 비슷한 성분을 지니고 있어 높은 휘도를 보이며 연소 가스에서 많은 CO를 생성하였다. 이로 인하여 화력발전소, 캠핑용 연료로는 부적합하다고 판단되나 초기 착화속도가 빠르며 발열량이 높아 현재 사용 중인 불쏘시개용 연료를 대체할 수 있을 것으로 판단된다.

• 청정기술
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• 제27권2호
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• pp.190-197
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• 2021

펄프 및 제지산업에서 목재의 셀룰로오스 성분 활용 후 남는 부산물인 크라프트 리그닌(kraft lignin)은 촉매적 저분자화 공정을 통해 바이오연료나 고부가가치 페놀 단량체로 전환될 수 있다. 본 연구에서는 크라프트 리그닌의 효율적인 저분자화를 위한 촉매로 수소화 금속 및 산-염기점을 동시에 지니는 Ru-Mg-Al-oxide 복합 촉매를 제조하고, 리그닌 분해 성능을 평가하고자 하였다. 촉매 내 다양한 활성점들(산점, 염기점, 수소화 금속)이 리그닌 분해 반응에 미치는 영향을 파악하기 위해 MgO, Mg-Al-oxide, Ru-Mg-Al-oxide의 세 가지 촉매를 제조하여 초임계 에탄올 용매 상에서 리그닌 분해 반응을 수행하였고, 리그닌 분해 성능은 바이오오일(bio-oil) 수율 및 분자량, 그리고 페놀계 단량체 수율을 통해 평가하였다. 그 결과, Ru-Mg-Al-oxide 촉매가 다양한 활성점들의 시너지 효과로 인해 가장 높은 수율의 바이오오일 및 페놀 단량체들을 생산한다는 것을 확인하였다. Ru-Mg-Al-oxide 촉매 상에서 분해 효율을 최적화하기 위해 다양한 반응 조건(온도, 시간, 촉매양)에 따른 분해 효율을 평가하였고, 최종적으로 반응온도 350 ℃, 리그닌 대비 촉매 비율 10%, 4 h 반응을 통해 72%의 높은 바이오오일 수율과 무촉매 대비 3.5배 이상 증가한 페놀 단량체를 생산할 수 있었다.

• KSBB Journal
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• 제23권1호
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• pp.1-7
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• 2008

비록 전 세계적으로 많은 수의 소규모 시범 셀룰로식 에탄올 생산연구가 보고되고 있으며 셀룰로식 에탄올 생산을 위한 많은 연구들이 진행되고 있지만 현재까지 전분계나 설탕계 에탄올과 경쟁할 수 있을 정도의 경제적 생산이 가능한 상용화된 셀룰로식 에탄올 생산시설은 현재까지 보고 된 바 없다. 또한 일부 환경경제학자들은 옥수수 작물자체가 수확기까지 많은 양의 수분과 에너지를 필요로 하고 매년 토양을 침출시키는 작물이어서 환경적인 문제점을 불러 올 수 있다는 점, 이후 옥수수 바이오매스로부터 에탄올을 생산할 때까지 들어가는 에너지의 양이 높다는 점등을 지적하며 옥수수로부터의 에탄올대량생산에 신중해야 한다는 의견도 있다(24). 하지만 가까운 장래에 석유를 대체할 액체연료 중 에탄올이 가장 적합하다는 미국이나 유럽의 목표에 따라 옥수수 줄기나 잎을 이용한 셀룰로식 에탄올 생산계획은 계속해서 추진될 것으로 보이며 상용화도 미국정부의 계획대로라면 수년 내에 이루어 질 것으로 보인다. 셀룰로식 에탄올의 상용화를 위해서는 여러 점들을 고려하여야 한다. 첫째로, 분자 및 유전자 수준까지의 식물에 대한 이해가 필요하다. 왜냐하면 이러한 지식의 바탕에서 바이오매스를 효과적으로 정제할 수 있는 방안들이 가능하기 때문이다. 이를 위해서는 셀룰로스보다 상대적으로 덜 알려진 식물체 내에서의 리그닌 합성경로 및 결합구조나 헤미셀룰로스의 합성 및 리그닌과의 결합관계 둥에 대한 연구가 더욱 필요하다. 둘째로는 셀룰로식 에탄올생산의 상용화를 위해서는 화석연료의 수요를 대체할 수 있는 작물의 개발과 수확작물을 처리하여 공장이나 공업단지까지 경제적으로 수송할 수 있는 방법이 개발되어야 한다. 현재 거론되고 있는 셀룰로식 에탄올공장의 생산규모를 연간 1억 내지 1억 8천만 리터 정도의 규모로 생각하고 연간 250-300일 작업 기준으로 생각한다면 적어도 하루 2000톤 정도의 biomass를 처리하여야 됨으로 이 정도의 바이오매스가 지속적이고, 경제적으로 공급되어야 한다. 미국의 경우, 옥수수작물이 셀룰로식 에탄올 생산을 위해 가장 적합한 원료물질로 거론되고 있다. 이는 현재 옥수수 열매 는 전분이나 에탄올 생산을 위해 공장으로 수송되지만 엄청난 양의 잎과 줄기는 밭에 남겨져 있기 때문이다. 이들 corn stover로 통칭되는 식물원료 물질이 바이오매스 중 연간 생산량이 가장 많은 1억 건조 톤 이상으로 현재로도 공급이 가능하고 잠재적으로는 10억 톤까지도 생산될 수 있다고 전망하기 때문이다. 따라서 미국의 경우 셀룰로식 에탄올의 생산은 corn stover의 이용이 불가피해 보인다. 더불어 톱밥이나 임업부산물의 경우는 현재 3800만 건조 톤 정도의 공급이 가능하며 미래 3억 7000만 건조 톤이 공급될 수 있을 것으로 예상하고 있다(25). 하지만 이러한 자원은 부피가 크고 무게가 가벼워 수송밀도가 낮아 고밀도 형태로 운송할 수 있는 방법이 모색되어야 한다. 또한 원료물질을 처리 시설까지 운반하는 운송비를 줄일 수 이는 다른 방법들도 모색되어야한다. 셋째로는 바이오매스의 구조를 당화과정과 발효과정에 적합하게 변환시킬 수 있는 경제성 있는 전처리 방법의 개발이 필수적이다. 이상적 전처리 방법은 리그닌을 효과적으로 분리해내 이를 이용한 공정에 필요한 에너지로 사용하거나 차후 부가가치가 높은 물질의 원료로 사용할 수 있게 하여야 한다. 또한 헤미셀룰로스와 셀룰로스의 손실을 최소화하여 차후 이들 식물탄수화물을 이용한 에탄올 생산을 극대화할 수 있는 방법이어야 하며 이와 함께 경제성을 담보하여야 한다. 이러한 전처리방법의 개발은 현재까지 개발된 여러 전처리 방법들의 장단점들을 파악하고 이를 극복할 수 있는 방법들을 모색하는 노력으로 가능할 수 있겠다. 마지막으로 5탄당과 6탄당을 동시에 발효할 수 있는 미생물 균주의 개발이나 효소비용을 획기적으로 줄일 수 있는 생산방법이 개발되어야 하겠다. 이는 셀룰로식 에탄올이 90% 이상의 높은 수율과 시간당 1.5-2.5 g/L의 생산성을 보이고 있는 전분이나 설탕으로부터 생산되는 에탄올과 경쟁력을 갖기 위한 필수적인 요소이기 때문이다.

• 한국산림과학회지
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• 제45권1호
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• pp.26-36
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• 1979

비료목(肥料木)의 시비대책(施肥對策)을 세우기 위하여 몇가지 시험을 실시하였던바 다음과 같은 결과를 얻었다. l. 인산(隣酸)을 시비(施肥)하지 않았던 비료목(肥料木)은 활착률(活着率)이 낮고 점차 고사되어 간다. 이 이유(理由)는 인산(隣酸)을 시비(施肥)하지 않을 경우에는 근류을 착생시키지 못하므로 질소공급을 시킬 수 없었기 때문인 것 같다. 또 하나의 이유(理由)는 잡초목(雜草木)의 근계(根系)가 발달(發達)되어 있는곳에 식재하였을시 잡초목(雜草木)과의 양료(養料)와 산소 이용의 경합에서 낙오되기 때문으로 사료된다. 2. 중과삭, 용성인비 또는 용과린을 시비할 시는 비료목 식재후(植裁后) 3년차(年次)까지 대단히 높은 생장효과(生長效果)를 보이고 있다. 반면(反面)에 산림용 고형비료는 전자에 비해 상당히 낮은 시비효과를 보이고 있다. 3. 산림용 고형비료를 시비(施肥)할 경우에는 임목근(林木根)의 인산흡수(隣酸吸收) 범위는 고형비료의 표면적(表面的)에 한(限)하며 또한 근계(根系)가 내부(內部)로 침투하여 흡수(吸收)할 수 없으므로 인산흡수(隣酸吸收)의 기회와 양(量)이 대단히 적을것 같다. 이와같은 원인(原因)으로 인해 산림용 고형비료의 시비효과(施肥效果)가 낮은것 같으나 사진 3의 사례(事例)와 같이 수년간 지효적으로 이용(利用)할 수 있는 장점을 갖고 있다. 따라서 시비당년(施肥當年)에 그 양(量)을 많이 투여하였을시 인산(隣酸)의 흡수기회(吸收機會)와 양(量)이 많아지므로 활착률(活着率)과 생장률(生長率)을 높일 것이며 추비(追肥)의 필요성(必要性)도 없게 될 것 같다. 4. 입상(粒狀)이나 분말상의 인산비료(隣酸肥料)를 산포(散布)하였을시는 사진 4의 사례(事例)와 같이 인산(隣酸)의 흡수면(吸收面)이 넓으므로 근계망이 잘 발달될 것이며 잡초목(雜草木)의 근계(根系)도 근류의 영향으로 생긴 질소를 흡수하기 위하여 그 발달(發達)이 좋을것으로 사료되어 토양보존(土壤保存)에 고형비료보다 효과(効果)가 높을것 같다. 5. 저생산성(低生産性)의 건조토양(乾操土壤)에 인산비료(隣酸肥料)를 시비(施肥)하였을시 아카시나무와 사방오리나무는 시비후(施肥后) 3년차(年次)에 2.3m 이상(以上)의 수고생장(樹高生長)을 보이고 좀잎산오리나무는 2년차(年次)에 1.8m 이상(以上)의 수고생장(樹高生長)의 효과(効果)을 보이고 있다. 이상(以上)의 생장상태(生長狀態)로 보아 비료목(肥料木) 식재(植栽)와 인산비시(隣酸肥施)로 단벌기(短伐期) 산림경영(山林經營)과 속성녹화(速成綠化)가 가능하다고 본다. 6. 척박한 황폐지에 싸리의 파종과 용성인비 시비(施肥)에 의해 완전피복을 시켰으여 m당(當) 줄기를 생중량(生重量)으로 200g을 생산(生産)할 수 있었다. 석탄(石炭) 첨가시의 효과(効果)를 발견할 수 없고 경우에 따라 오히려 나쁜영향을 주고 있었다. 상기 사례(事例)에 의하면 싸리파종과 인산시비(隣酸施肥) 방법은 척박 황폐지의 피복(被覆)과 바구니, 사료 및 연료공급을 시킬 수 있는 합리적인 방법인것 같다. 7. 비료목(肥料木)에 용성인비와 용과린의 시비효과(施肥効果)가 양호(良好)하였으며 본당(本當) 30g 이상(以上) 시비(施肥)가 되어야 할 것 같다.