• 터널과지하공간
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• 제28권5호
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• pp.400-425
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• 2018

본 논문에서는 국제공동연구인 DECOVALEX-2019 프로젝트 Task B의 연구결과와 현황을 소개하였다. Task B의 주제는 'Fault slip modelling'으로 유체의 주입으로 인해 발생하는 단층의 재활성(미끄러짐, 전단파괴)과 수리역학적 거동을 예측할 수 있는 해석기법을 개발하는 데에 그 목적이 있다. 1단계 연구는 참가팀들이 연구주제에 대해 숙지하고, 벤치마크 모델을 대상으로 단층의 투수특성과 역학적 거동의 상호작용을 모사할 수 있는 해석코드를 개발할 수 있도록 하는 준비 단계의 연구이다. 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석 기법을 사용하여 물 주입으로 인한 단층의 수리역학적 연계거동을 모사하였다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 두 가지 수리간극모델에 대하여 수리역학적 커플링 관계식을 수치화하였으며, 연속체 요소(수리모델)와 인터페이스 요소(역학모델)의 거동을 연계할 수 있는 해석기법을 제시하였다. 또한, 단층의 역학적 변형(간극의 변화)으로 인한 수리물성 변화와 기하학적 변화(해석 메쉬의 변형)를 수리해석에 반영할 수 있는 해석기법을 개발하였다. 다양한 압력의 물을 단계적으로 주입하고 이로 인해 유도되는 단층의 탄성거동 및 전단파괴(미끄러짐)에 대해 살펴보았으며, 수리간극의 변화 양상과 원인, 압력 분포와 주입율의 관계 등을 면밀히 검토하였다. 해석 결과, 본 연구에서 개발한 해석기법이 물 주입으로 인한 단층의 미끄러짐 거동을 합리적인 수준에서 재현할 수 있는 것으로 판단할 수 있었다. 본 연구의 해석모델은 Task B에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 연구의 현장시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제10권2호
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• pp.67-85
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• 2007

황해 및 동중국해에 있어서 하계 조석, 담수유입량과 풍향 풍속 변화에 따른 잔차류와 샨샤댐 건설 전과 후 양쯔강의 유량 변동에 따른 저염분 확산과 바람의 영향 등을 해석하고, 평가하였다. 3차원 해수유동모델에 의해 각 분조($M_2,\;S_2,\;K_1$과 $O_1$)의 정량적 그리고 정성적 측면의 진폭, 위상 및 흐름장이 실측값과 비교해서 재현성있게 시뮬레이션 되었다. $M_2,\;M_2+S_2$ 그리고 반일주조에 일주조 성분($K_1$과 $O_1$)의 합성에 의한 잔차류 결과는 유속의 변화와 더불어서 일부 지역에서 흐름패턴이 다르게 계산되었다. 하계 탁월풍의 세기가 커지면 양쯔강 하구에서 유출하는 힘과 대륙붕단 경계역에서 북상하는 흐름의 유속이 다소 증가하는 것으로 나타났다. 양쯔강에서 유출한 흐름은 근역에서는 동향성분이 강하게 나타나지만, 곧 황해에서 남하하는 성분에 의해 동쪽으로 충분히 확산하지 못하고 남하하거나 속도가 감소되는 것으로 나타났다. 육상 유입원의 하계 평균 유량(특히, 양쯔강은 약 $50,000\;m^3/s$)과 남풍 3.5 m/s를 고려했을 경우, 26 psu 이하의 저염수가 유입지점에서 약 95 km정도 확장되고, 30 psu 이하의 염분농도선도 약 160 km까지 확장되는 것으로 나타났고, 최대 홍수량인 $116,000\;m^3/s$를 고려했을 경우는 26 psu 이하의 저염수가 river mouth에서 약 150 km정도 확장되고, 30 psu 이하의 염분농도선도 약 300 km까지 확장되는 것으로 예측되었다. 하계 탁월풍에서 풍속이 약 1.5m/s 정도 강해지면, 저염의 확산 폭이 약 10 km정도 증가하는 것으로 나타났고, 외해에 있어서 저염수는 남서풍에 의해서는 남동방향으로 그리고 북서풍에 의해서는 남서방향으로 퍼져나가는 양상을 보였다. 양쯔강에서 유출되는 평균적인 담수량에 의한 관성력과 조류의 힘만으로는 저염수가 제주도까지 도달하는 것은 힘들겠지만, 바람장과 북상하는 난류의 흐름이 합쳐질 때는 충분히 제주도 인근 해역까지 그 영향을 미칠 수 있을 것으로 예측되었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제11권4호
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• pp.181-190
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• 2008

기후변화 및 교토의정서상의 온실가스 의무감축요구에 대응하기 위하여 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 포집한 $CO_2$를 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하고, 이를 해저 지질구조내 대규모로 수백-수천년 이상 장기간 저장 및 관리하는 $CO_2$ 해양지중저장기술이 국내외적으로 주목 받고 있다. $CO_2$ 해양지중저장 처리 시스템 설계를 수행하는데 있어 전산모사를 통한 공정 설계는 필수적이다. 즉, 수치 모델링을 통하여 $CO_2$ 해양지중저장 처리에 필요한 일련의 공정을 열역학 상태방정식 등을 이용하여 모사하는 것이다. 본 논문에서는 $CO_2$ 해양지중저장 처리를 위한 공정 설계에 사용되는 열역학 상태방정식들을 비교 분석하였다. 또한, 상태방정식 계산결과의 정확성을 평가하기 위하여 실험으로부터 구해진 데이터와 비교를 수행하였다. 이상기체 상태방정식과 SRK식은 $29.85^{\circ}C$, 60 bar 이상에서 밀도를 전혀 예측하지 못하였으며, 고온 고압의 초임계 상태에서 100% 내외의 오차를 보였다. BWRS 식은 임계온도 근처인 $29.55^{\circ}C$, 임계압력 근처인 $60{\sim}80\;bar$ 사이의 영역에서 실험값을 전혀 예측하지 못하고 최대 100%의 차이를 보였다. $CO_2$ 해양지중저장 처리의 저장지 조건인 온도 $31.1^{\circ}C$ 이상, 압력 73.9 bar 이상의 초임계 상태에서 PR 식과 PRBM 식은 실험값을 비교적 잘 예측하였다. 따라서 $CO_2$ 해양지중저장처리 공정 중 고온, 고압 영역에서는 상기 상태방정식을 이용한 공정 설계가 유용하다고 판단된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제11권4호
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• pp.191-198
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• 2008

$CO_2$ 해양지중저장 처리 시스템 설계를 수행하는데 있어 전산모사를 통한 공정 설계는 필수적이다. 즉, 수치 모델링을 이용하여 $CO_2$ 해양지중저장 처리 공정 중 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 $CO_2$를 포집하는 포집공정, 포집한 $CO_2$를 파이프라인이나 선박 등을 통해 이송하는 수송공정, 이를 깊이 800m 이상의 해저 지질구조내 대규모로 수백-수천년 이상 장기간 저장하는 저장공정 등 일련의 공정을 열역학 상태방정식 등을 이용하여 모사하는 것이다. 본 논문에서는 $CO_2$ 해양지중저장 처리를 위한 공정 설계에 사용되는 열역학 상태방정식들을 비교 분석하고 이들이 압축 및 수송공정에 미치는 영향 등을 평가하였다. 이와 같은 연구결과에 근거하여 $CO_2$ 해양지중저장 처리를 위한 압축 및 수송 공정 설계 시 유용한 열역학 상태방정식을 제안하였다. 상태방정식 계산결과 간의 비교 및 영향 평가를 위하여 순수 단일성분 $CO_2$와 순산소 연소 석탄 화력발전소에서 포집된 $CO_2$ 혼합물의 압축 및 수송거동을 분석하였다. 순수 단일성분 $CO_2$의 압축 및 수송공정 계산결과에는 이상기체 상태방정식을 제외한 상태방정식 간에 큰 차이가 존재하지 않으나, NO, Ar 그리고 $O_2$ 등이 포함된 순산소 연소 석탄 화력발전소에서 포집된 $CO_2$ 혼합물의 압축 및 수송공정에는 PR 계열의 상태방정식과 BWRS 상태방정식에서 커다란 차이가 나타났다. 즉, 8bar 이상의 압력, $30^{\circ}C$ 내외의 온도 영역에서 $CO_2$ 혼합물을 서로 다른 상태로 예측하였다. 이러한 불순물의 영향으로 인하여 $CO_2$ 혼합물의 압축 및 수송공정 설계에 PR계열의 PRBM 상태방정식의 적용이 BWRS식 적용보다 유용하다고 판단된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제7권1호
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• pp.1-12
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• 2004

진해만 해역에 있어서 적조발생역과 물질집적공간을 진단하기 위해서 수치모델링에 의해 하계 적조가 발생했을 때 환경요인의 변통에 따른 $Cha-{alpha}$ 분포와 물리과정의 기여도를 평가하였다. 해수유동모델에 의한 표층 잔차류는 무풍시와 풍속 2 m/sec이하일 때 진해만 서부해역과 동부해역에서 각각 남향과 북향 하는 흐름이 상접하는 공간이 예측되었고, 풍속이 강해질 때는 유속도 강해지고 유향도 크게 달라지는 것으로 나타났다. 생태계모델에 의해 하계 $Cha-{alpha}$를 예측한 결과, 진동만과 가덕수로 북단의 인근 해역에서는 20 mg/㎥ 이상으로 매우 높았고, 서부해역에서도 대부분 10 mg/㎥이상으로 진해만은 전역에서 하계에는 적조발생 가능성이 매우 높은 것으로 예측되었다. 현 상황에서 $Cha-{alpha}$현존량에 대한 물리과정량을 평가한 결과, 동부해역의 가덕수로 북단과 칠천도 주변, 서부해역의 진동만 내측 그리고 가조도 서쪽지역에서 물리과정량이 (+)로 계산되어 물질의 집적이 일어날 가능성이 큰 공간으로 평가되었고, 마산만, 행암만, 진동만, 원문만 및 고현만 등에서는 물리과정량이 (-) 즉, 발산지역으로 나타나서 물리과정량 보다는 생물학적인 증식과정이 큰 기여를 하는 것으로 고려되었다. 모델링과 현장관측자료 분석결과, 진해만 해역에 있어서 적조의 초기발생역은 마산만과 행암만으로 나타났다. 풍속의 증가는 $Cha-{alpha}$의 농도를 감소시키지만 물리적으로 집적하는 공간의 확대를 야기 시키는 것으로 예측되었고, 동남풍 계열보다는 북서풍 계열이 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 일사량 및 일조시간의 변통은 물리적 집적공간의 분포에는 큰 영향이 없었지만, $Cha-{alpha}$의 급격한 증감을 초래하는 것으로 시뮬레이션되었다. 육상오염부하량 자체만의 변동으로는 $Cha-{alpha}$를 적조발생 가능농도이하로 감소시키지는 않는 것으로 모델링되었다.

• Interdisciplinary Bio Central
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• 제1권1호
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• pp.3.1-3.6
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• 2009

Introduction: GTPases known as translation factor play a vital role as ribosomal subunit assembly chaperone. The bacterial Obg proteins ($Spo{\underline{0B}}$-associated ${\underline{G}}TP$-binding protein) belong to the subfamily of P-loop GTPase proteins and now it is considered as one of the new target for antibacterial drug. The majority of bacterial Obgs have been commonly found to be associated with ribosome, implying that these proteins may play a fundamental role in ribosome assembly or maturation. In addition, one of the experimental evidences suggested that Bacillus subtilis Obg (BsObg) protein binds to the L13 ribosomal protein (BsL13) which is known to be one of the early assembly proteins of the 50S ribosomal subunit in Escherichia coli. In order to investigate binding mode between the BsObg and the BsL13, protein-protein docking simulation was carried out after generating 3D structure of the BsL13 structure using homology modeling method. Materials and Methods: Homology model structure of BsL13 was generated using the EcL13 crystal structure as a template. Protein-protein docking of BsObg protein with ribosomal protein BsL13 was performed by DOT, a macro-molecular docking software, in order to predict a reasonable binding mode. The solvated energy minimization calculation of the docked conformation was carried out to refine the structure. Results and Discussion: The possible binding conformation of BsL13 along with activated Obg fold in BsObg was predicted by computational docking study. The final structure is obtained from the solvated energy minimization. From the analysis, three important H-bond interactions between the Obg fold and the L13 were detected: Obg:Tyr27-L13:Glu32, Obg:Asn76-L13:Glu139, and Obg:Ala136-L13:Glu142. The interaction between the BsObg and BsL13 structures were also analyzed by electrostatic potential calculations to examine the interface surfaces. From the results, the key residues for hydrogen bonding and hydrophobic interaction between the two proteins were predicted. Conclusion and Prospects: In this study, we have focused on the binding mode of the BsObg protein with the ribosomal BsL13 protein. The interaction between the activated Obg and target protein was investigated with protein-protein docking calculations. The binding pattern can be further used as a base for structure-based drug design to find a novel antibacterial drug.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제18권2호
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• pp.94-101
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• 2015

$CO_2$ 배출을 줄이기 위해서 최근 $CO_2$ 포집 및 저장 기술에 관한 연구가 전세계적으로 활발히 진행되고 있다. 국내에서는 해양퇴적층을 대상으로 한 $CO_2$ 저장 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 $CO_2$ 저장 연구에서 가장 중요한 요소 중 하나는 안전성 확보이다. 지중저장의 안전성 확보를 위해서 저장 $CO_2$의 누출 가능성과 누출 특성을 예측하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 해양지중에 저장된 $CO_2$가 단층을 통하여 누출될 수 있는 시나리오를 가정한 후, 지중공간 내 $CO_2$ 확산 및 누출 거동을 TOUGH2-MP ECO2N을 사용하여 시뮬레이션 하였다. 대상 저장지는 150 m 수심의 대륙붕 해저 825 m 지점에 있는 두께 150 m의 대염수층이고, 누출이 진행되는 경로는 주입정에서 1,000 m 떨어진 단층이다. 저장된 $CO_2$는 주입 압력과 밀도차에 의한 부력에 의해서 이동하게 된다. $CO_2$가 해수면으로 누출되기 위해서는 주입정에서 인가된 압력차가 $CO_2$를 단층 하단에 도달할 수 있게 할 만큼 충분히 커야 한다. 단층 하단에 도달한 $CO_2$는 추가적인 압력 구배가 없어도 부력에 의해서 누출된다. $CO_2$ 주입과 동시에 공극수는 $CO_2$가 누출되기 전까지 지속적으로 해저면으로 누출된다. $CO_2$가 해저면에 도착하면 공극수의 누출은 중단되고, 누출되는 $CO_2$질량에 상응하는 해수가 부력의 반대 작용으로 인해 단층으로 유입되는 것으로 계산되었다. 주입량이 누출에 미치는 영향을 평가하기 위하여 연간 $CO_2$ 주입량 100만 톤, 75만 톤, 50만 톤 에 대한 민감도분석을 수행하였으며, 누출이 일어난 시점은 주입 후 각각 11.3 년, 15.6년, 23.2년으로 계산되었다. 또한, 주입이 종료 된 이후에도 누출은 특정 기간 동안 지속되는 것으로 계산되었다. 누적 주입량 대비 누적 누출량은 연간 $CO_2$ 주입량이 100만 톤, 75만 톤, 50만 톤인 경우, 각각 19.5%, 11.5%, 2.8% 이다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제18권1호
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• pp.51-62
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• 2020

본 연구는 감마스펙트럼 비율을 이용한 매립된 선원의 깊이 평가방법 개발 및 적용성 확인을 위해 진행되었다. 이를 위해 현장측정 HPGe 계측기 및 MCNP 전산모사를 이용하여 ¹³⁷Cs, ⁶⁰Co, ¹⁵²Eu 선원의 매질 내 깊이와 계측거리에 따른 Peak to Compton, Peak to Valley 비율(Q)의 변화를 평가하였다. 해당 결과를 이용해 계측거리 50 cm를 기준으로 PTV 및 PTC 비율(Q)과 매립 선원의 깊이 간의 상관 식을 도출하였다. 그리고 PTC 및 PTV 방법 이용 시 계측거리 변화에 따른 민감도를 평가한 결과, 50 cm 기준으로 계측거리가 20 cm로 감소할 경우 오차가 3 ~ 4 cm까지 증가하였다. 하지만 100 cm로 증가할 경우 계측거리에 의한 영향이 미미함을 확인하였다. 그리고 PTV 및 PTC 방법과 피크 영역의 계수율 변화를 통해 선원의 깊이를 평가하는 Two distance measurement 방법을 상호 비교하였다. 평가 결과 PTV 및 PTC 방법은 최대 1.87 cm의 오차, Two distance measurement 방법은 최대 2.69 cm의 오차를 나타내어 PTV, PTC 방법의 정확도가 비교적 높음을 확인하였다. 선원의 수평 방향 위치 변화 민감도 평가 결과 Two distance measurement 방법은 선원이 off-center 방향으로 30 cm 이동하였을 경우 최대 오차가 25.59 cm로 나타났다. 반면 PTV 및 PTC 방법은 최대 오차 8.04 cm로 현장 적용 시 높은 정확도를 나타낼 것으로 예상된다. 그리고 PTC 방법은 동일 시간 측정 시 다른 방법과 비교하여 낮은 표준편차를 나타내 신속한 평가가 가능할 것으로 기대된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제13권3호
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• pp.187-197
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• 2010

화석연료를 사용하는 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서 배출되는 $CO_2$를 포집하고 이를 대수층이나 유가스전과 같은 지질학적 구조에 장기간 저장하는 이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon dioxide Capture and Storage, CCS)이 기후변화 대응기술로서 국내외적으로 주목 받고 있다. 이와 같은 CCS 기술을 구현하기 위해서는 포집된 대용량의 $CO_2$ 혼합물을 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하는 과정이 필요하고, 이러한 공정에 대한 기존의 연구는 주로 순수 $CO_2$를 대상으로 하여 진행되어 왔다. 그러나 일반적으로 발전소 및 제철소 등에서 포집된 $CO_2$ 혼합물에는 $N_2$, $O_2$, Ar, $H_2O$, $SO_2$, $H_2S$ 등과 같은 불순물들을 포함하고 있다. 이러한 $CO_2$ 혼합물 내 불순물들은 처리하고자 하는 $CO_2$ 혼합물의 열역학 상태량 등을 변화시킴으로써 압축, 정제, 수송 및 저장 공정들에 커다란 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 이러한 불순물 중 황성분이 함유된 $SO_2$가 포함된 $CO_2$ 혼합물의 수송 및 저장 공정을 설계하는데 있어 매우 중요한 $CO_2$ 혼합물의 열역학 거동을 모사하기 위한 상태량 모델들을 비교 분석하였다. 이를 위해 BWRS EOS, PR EOS, PRBM EOS, RKS EOS, SRK EOS 그리고 NRTL-RK 모델과 같은 총 6가지 물리적 상태량 모델을 이용하여 $CO_2-SO_2$ 혼합물의 VLE 거동을 수치계산하고 이를 실험 데이터와 비교하였다. 또한, $CO_2$, $SO_2$와 같은 서로 다른 분자간의 상호작용 효과를 보완하기 위하여 상태량 모델을 이용한 계산결과와 실험결과와의 차이를 정량화하여 각각의 상태량 모델의 예측능력을 계량화 비교분석하였고 이로부터 $CO_2-SO_2$ 혼합물에 대한 최적의 이성분 매개변수 값들을 도출하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제12권3호
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• pp.217-226
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• 2009

발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 포집한 $CO_2$ 혼합물을 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하고, 이를 해양의 퇴적층에 수백-수천 년 이상 장기간 격리 및 관리하는 $CO_2$ 해양지중저장기술이 기후변화 대응기술로서 국내외적으로 주목 받고 있다. 본 CO2 저장기술을 구현하기 위한 수송 및 저장 공정에 대한 기존의 연구는 주로 순수 $CO_2$를 대상으로 하여 진행되어 왔다. 그러나 일반적으로 발전소 및 제철소 등에서 포집된 $CO_2$ 혼합물에는 $N_2$, $O_2$, Ar, $H_2O$, $SO_x$, $H_2S$ 등과 같은 불순물들을 포함하고 있다. 이러한 $CO_2$ 혼합물 내 불순물들은 처리하고자 하는 $CO_2$ 혼합물의 열역학 상태량 등을 변화시킴으로써 압축, 정제, 수송 및 저장 공정들에 커다란 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 이러한 불순물 중 불활성 가스인 $N_2$가 포함된 $CO_2$ 혼합물의 수송 및 저장 공정을 설계하는데 있어 매우 중요한 $CO_2$ 혼합물의 열역학 거동을 모사하기 위한 열역학 상태방정식들을 비교 분석하였다. 또한, $CO_2$, $N_2$와 같은 서로 다른 분자간의 상호작용 효과를 보완하기 위하여 사용되는 이성분 매개변수에 대한 최적 값을 도출하였다.