• 해양환경안전학회지
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• 제28권4호
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• pp.610-619
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• 2022

수소는 산소와 반응하여 전기에너지를 만들고 부산물로 물을 생성하므로 친환경 선박의 대체 연료로 대두되고 있다. 그러나 수소는 일반 화석연료와는 달리 낮은 점화 에너지와 높은 가연성 범위로 인하여 폭발의 위험성이 높은 물질이다. 그래서 선박에서 사용되는 수소의 안전성을 확보하기 위해서 수소의 누출·확산에 관한 유동 특성을 연구하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 선박 내부와 같은 밀폐공간에서 수소가 누출되었을 때 누출량, 통풍량, 환기 방식 등이 환기 성능에 어떤 영향을 미치는지에 대하여 수치적 해석을 수행하였다. 수치해석에는 CFD 상용 소프트웨어인 ANSYS CFX ver 18.1을 이용하였다. 누출량은 1 q = 1 g/s로 하여 1 q, 2 q, 3 q로 변경하였고, 통풍량은 1 Q = 0.91 m/s로 하여 1 Q, 2 Q, 3 Q로 변경하였으며 환기 방식은 typeI, typeII, typeIII로 변경하면서 환기 성능을 분석하였다. 누출량이 1 q에서 3 q로 증가할수록 저장실 내의 수소 몰분율(HMF)는 약 2.4 ~ 3.0배 높게 나타났으며 통풍량 증가는 누출량에 대비하여 약 62.0 ~ 64.8 % 정도 환기 성능이 개선에 효과가 있었다. 그리고 폭발의 위험성을 낮추기 위한 통풍량은 최소 2 Q 이상 되어야 하며, 수소탱크 저장실 내부의 부압 형성을 위해서는 type III가 가장 적합한 방식이라고 판단하였다.

• 보존과학회지
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• 제36권6호
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• pp.505-510
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• 2020

본 연구에서는 전통적인 방법으로 재현한 전통 명유, 전통 명유를 과학적으로 분석하여 친환경적인 방법으로 개발한 크린 명유, 그리고 명유의 원료이자 현재 목조문화재를 보수할 때 단청의 마감제로 사용되고 있는 생들기름의 방미효력을 평가하였다. 평가 결과, 생들기름은 방미효력이 거의 없는 것으로 나타난 반면에, 두 종류의 명유는 모두 높은 성능의 방미효력을 보였다. 하지만, 명유를 천연용제인 테르펜유에 희석하여 사용하면 균주에 노출된 지 4주 만에 방미효력이 현저히 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 목재에 처리된 약제의 함량이 명유의 방미효력에 영향을 주는 것으로 판단된다. 즉, 목조건축물을 축조함에 있어서 명유가 들기름보다 곰팡이 발생을 억제하기 위한 마감제로 더 적합하며, 야외 환경에서의 곰팡이 성장 억제를 저해 할 수 있는 최적의 처리량 및 처리 방법에 대한 추가 연구를 통하여 명유의 적용 가능성을 높힐 수 있을 것으로 생각한다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제10권4호
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• pp.428-434
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• 2022

본 연구에서는 바이오차를 혼입한 친환경 콘크리트 패널을 개발하고자 한다. 단열성능과 탄소 포집이 가능한 바이오차를 혼입시킨 다공성 콘크리트의 물리적 특성, 역학적 특성 및 열적 특성 실험을 수행하였다. 다공성 콘크리트 배합은 바이오차 혼입율 0, 5, 10 및 15 %와 물-시멘트 비를 0.35로 고정하여 배합조건을 구성하였다. 기본 역학적 특성을 평가하기 위해 단위중량, 총 공극률 및 투수계수를 측정하였다. 바이오차 혼입율이 증가함에 따라 총 공극률과 투수계수는 증가하지만 단위중량은 감소하였다. 콘크리트 압축강도는 바이오차 혼입율이 증가할수록 감소하지만 설계기준 압축강도 이상을 확보하였다. 열전도율은 바이오차 혼입율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내어 단열성능에 뛰어난 재료임을 증명하였다. 또한 회귀분석을 통해 다공성 콘크리트의 단위중량, 총 공극률, 콘크리트 압축강도 및 열전도율과 상관관계를 제시하였다. 상관관계 분석을 통해 바이오차의 적용 범위를 확대하기 위한 주요 변수를 제시하였다.

• 한국포장학회지
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• 제29권2호
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• pp.95-102
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• 2023

실내마스크 착용 해제 및 거리 두기 완화에도 불구하고 비대면 서비스가 계속되어 이루어지고 있다. 특히 음·식료품을 비롯한 농·축·수산물의 배송 수요는 증가하고 있어 이에 부가되는 플라스틱 포장 폐기물의 양이 꾸준히 증가하는 추세이다. 이에 따라 EU에서는 포장재 플라스틱의 사용을 규제하려는 방향으로 움직임을 보였다. 이러한 국제 트렌드의 흐름에 대응하여 국내 패키징 업계에서는 PLA, PBAT와 같은 생분해성 물질을 이용한 친환경 포장재 개발 연구를 활발히 진행하고 있다. 본 연구에서는 이러한 이슈에 대응하여 국내 가로수 중 상당 비중을 차지하여 식재된 은행나무의 은행잎을 lactic acid 생산에 관한 새로운 원료로 활용하고자 하였다. 은행잎은 cellulose, mannan, xylan 등의 다당류를 함유하고 있으며 대량의 원료를 얻을 수 있다는 유용한 특징이 있다. 본 연구를 통해 전처리한 은행추출부산물의 glucan은 단일 분획 공정으로는 높은 수율을 기대하기 어렵다고 판단되어지며, 낮은 수욜 문제를 해결하기 위해서는 전처리 가수분해액, 효소당화액을 모두 활용하는 통합 공정이 필수적으로 적용되어야 한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권2호
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• pp.175-188
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• 2023

화석연료를 대체할 수 있는 친환경 미래 에너지로 수소에너지에 대한 전세계적 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 미생물, 원자력 등을 이용한 차세대 수소 생산 기술이 개발되고 있으나, 화석연료 기반의 수소 생산 비용을 뛰어 넘기에는 아직 많은 시간과 노력이 필요한 상황이다. 화석연료 기반의 수소 생산 과정에서 온실가스의 배출량을 최소화 할 수 있는 방안으로 메탄 직접분해 반응 기술이 최근 관심을 모으고 있다. 공정의 경제성 향상을 위해서 수소 생산과 동시에 생산된 탄소물질의 고부가화 대한 연구가 필수적이며, 고부가 탄소 물질 중 하나인 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)의 품질 및 수율 등과 관련한 촉매반응 연구가 지속되어 왔다. 또한 공정기술 측면에서, 연속적인 생산이 가능하며 기체-고체 접촉 효율이 좋은 유동층 공정을 적용시켜 생산성과 경제성을 확보하고자 하는 연구가 시도되었다. 최근 유동층을 이용한 메탄 직접분해 반응기술은 수소 270 kg/day, 탄소 1000 kg/day의 생산이 가능한 정도의 기술 개발이 진행되었으며, 향후 촉매 재활성화, 분리 및 재순환 기술 등이 개발되면 공정의 효율이 크게 제고될 것이다. 이에 본 총설에서는 메탄 직접 분해에 활용되는 촉매 및 유동층 메탄 열분해 기술의 최근 연구들을 고찰하였다.

• 한국포장학회지
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• 제29권1호
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• pp.51-57
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• 2023

이 연구에서는 고압 균질기를 통해 제작된 CNF 수 분산액을 PLA에 적용시키는데 있어 비용과 생산 효율성을 고려하여 동결 건조 방식이 아닌 오븐 건조를 통해 수분을 제거한 ODCNF를 제조하였다. 건조 후 고형화된 CNF 분말을 생분해성 고분자인 PLA에 접목시켜 압출, 사출 공정에서 발생하는 전단응력으로 재분산을 유도하였고, 성공적으로 시편이 만들어졌다. 제작된 시편에 대하여 진행된 전계방사 전자현미경 측정을 통해 셀룰로오스 입자가 PLA 매트릭스 내에 함침되어 있는 것을 확인하였다. 또한 시차주사열량계 측정에서 ODCNF가 PLA에 적용되었을 때 결정화도 상승과 냉 결정화 온도가 앞당겨지는 것을 확인하였다. 그리고 냉각 과정에서 결정이 생성되는 것을 통해 실제 생산 공정에 적용할 경우, 친환경 핵제로써 역할을 수행할 수 있을 것으로 판단하였다. 추가적으로 유변물성 측정기를 통해 첨가된 ODCNF가 PLA의 점도를 과도하게 증가시키지 않아 기존 공정 조건에 그대로 적용할 수 있음을 확인하였고, 이는 제작된 시편을 통해서도 알 수 있었다. 동적 점탄성 특성에서는 첨가된 ODCNF 입자의 필러 효과와 향상된 결정화도로 인해 유리상과 고무상에서 모두 저장 탄성율의 비율이 PLA에 비해 높게 유지되는 것으로 밝혀졌다. 이러한 연구결과를 바탕으로 대량 생산이 가능하고, 생산단가를 낮춘 ODCNF를 이용하여 CNF/PLA 기반의 100% 생분해성 복합재 개발이 가능할 것으로 기대된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권3호
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• pp.1061-1070
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• 2023

Over the last few years, lead-free inorganic metal perovskites have gained impressive ground in empowering satellites in space exploration owing to their material stability and performance evolution under extreme space environments. The present work has examined the versatility of eight such perovskites as space radiation shielding materials by computing their photon, charged particles and neutron interaction parameters. Photon interaction parameters were calculated for a wide energy range using PAGEX software. The ranges of heavy charged particles (H, He, C, N, O, Ne, Mg, Si and Fe ions) in these perovskites were estimated using SRIM software in the energy range 1 keV-10 GeV, and that of electrons was computed using ESTAR NIST software in the energy range 0.01 MeV-1 GeV. Further, the macroscopic fast neutron removal cross-sections were also calculated to estimate the neutron shielding efficiencies. The examined shielding parameters of the perovskites varied depending on the radiation type and energy. Among the selected perovskites, Cs₂TiI₆ and Ba₂AgIO₆ displayed superior photon attenuation properties. A 3.5 cm thick Ba₂AgIO₆-based shield could reduce the incident radiation intensity to half its initial value, a thickness even lesser than that of Pb-glass. Besides, CsSnBr₃ and La_0.8Ca_0.2Ni_0.5Ti_0.5O₃ displayed the highest and lowest range values, respectively, for all heavy charged particles. Ba₂AgIO₆ showed electron stopping power (on par with Kovar) better than that of other examined materials. Interestingly, La_0.8Ca_0.2Ni_0.5Ti_0.5O₃ demonstrated neutron removal cross-section values greater than that of standard neutron shielding materials - aluminium and polyethylene. On the whole, the present study not only demonstrates the employment prospects of eco-friendly perovskites for shielding space radiations but also suggests future prospects for research in this direction.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제11권4호
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• pp.425-432
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• 2023

본 연구에서는 바이오차를 혼입한 탄소 저감형 콘크리트 기술을 개발하고자 한다. 주요 인프라 분야인 건축과 터널에 단열성능과 탄소 포집이 가능한 바이오차를 혼입시킨 콘크리트의 성능 평가 실험을 수행하였다. 콘크리트 배합은 바이오차 혼입률 0, 5, 10, 15 및 20 %와 물-바인더 비를 0.25, 0.30, 0.35 및 0.40으로 선정하여 배합조건을 구성하였다. 각 배합별 물리적 특성을 평가하기 위해 단위중량, 총 공극률 및 투수계수를 측정하였고, 역학적 특성을 파악하기 위해 콘크리트 압축강도, 휨강도를 측정하였다. 바이오차를 혼입한 탄소 저감형 콘크리트의 단열 효과를 향상 시키기 위한 주요 인자는 회귀분석을 통해 바이오차 혼입률, 단위중량, 콘크리트 강도 및 열전도율은 서로 밀접한 상관관계를 갖는 것으로 나타났다. 향후 혹한기후 특성을 갖는 북방지역에 단열성능을 높이기 위한 단열재료로 활용될 것으로 판단된다.

• 광물과 암석
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• 제36권4호
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• pp.221-232
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• 2023

탄소중립을 위한 이산화탄소 저감 기술 및 대체 에너지에 대한 수요가 계속 증가하고 있다. 팔리고스카이트(palygorskite)는 리본 구조를 가지는 점토광물로 넓은 표면적의 나노크기의 공극을 가지고 있어, 지구온난화의 주범인 이산화탄소(CO₂)를 포집하고 친환경 대체 에너지인 수소(H₂)를 저장할 수 있는 물질로 제안된 바 있다. 이번 논문에서는 대정준 몬테 카를로(grand canonical Monte carlo) 시뮬레이션을 사용하여 팔리고스카이트 나노공극으로의 CO₂ 및 H₂ 분자의 흡착 등온선과 기작에 대한 기초연구의 예비 결과를 보고한다. 실온에서 기체의 분압 관련 변수인 화학 포텐셜(chemical potential)의 증가에 따라 나노공극에 흡착되는 CO₂ 및 H₂ 함량은 증가하였다. CO₂와 비교하여, H₂의 흡착은 더 높은 화학 포텐셜, 즉 높은 에너지가 필요하였다. 이론 계산으로 얻은 나노공극에서의 평균 제곱 변위(mean squared displacement)는 CO₂ 보다 H₂가 훨씬 높았으며 기존 실험 결과와 일치했다. CO₂는 나노공극에서 일렬로 배열된 반면, H₂는 매우 불규칙한 배열을 보였다. 이번 연구 방법은 CO₂ 및 H₂를 저장 가능한 지구물질 광물을 찾는 개발연구뿐만 아니라, 지중환경에서 유체와 광물의 반응을 근본적으로 이해하는 데 기여할 것으로 기대한다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제12권1호
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• pp.82-93
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• 2024

시멘트 산업은 클링커 생산 과정에서 약 60 % 이상의 CO₂가 발생하며 이러한 많은 양의 CO₂를 효율적으로 저감 시키기 위해 범세계적으로 시멘트 대체 재료가 활용되고 있다. 대표적으로 활용되는 시멘트 대체 재료는 고로슬래그와 플라이애시가 있으며, 이들은 시멘트 산업을 비롯한 콘크리트용 혼화재료, 지반 고화재 등 다양한 산업에서도 활용되고 있다. 하지만, 각 산업의 탄소중립 전략에 따라 향후 이들의 가용성은 낮아질 것으로 전망되고 있기 때문에 시멘트 산업의 보통포틀랜드시멘트 혼합재 함량 증대 목표를 달성하기 위해서는 새로운 시멘트 대체 재료를 활용해야 한다. 석회석은 이미 시멘트 산업에서 다량 보유하고 있는 재료로 가용성 측면에서 장점이 있으며 분쇄효율이 높아, 해외 선진국에서는 이미 포틀랜드 석회석 시멘트를 표준으로 제정하여 상용화하고 있다. 이와 같은 배경에서 본 연구에서는 국내 PLC의 활용 가능성을 평가하기 위해 석회석의 분말도와 치환율이 시멘트의 물리적 특성에 미치는 영향을 분석하였으며, 탄소중립 관점에서 CO₂ 배출량을 분석하여 시멘트의 환경 영향 평가를 수행하였다.