• Corrosion Science and Technology
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• 제21권6호
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• pp.514-524
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• 2022

Carbon emissions from fuel consumption have been pointed by scientists as the cause of global warming. In particular, fossil fuels are known to emit more carbon when burned than other types of fuels. In this regard, International Maritime Organization has announced a regulation plan to reduce carbon dioxide emissions. Therefore, recently, Liquefied Natural Gas propulsion ships are responding to such carbon reduction regulation. However, from a long-term perspective, it is necessary to use carbon-free fuels such as hydrogen and ammonia. Nitrogen oxides might be generated during ammonia combustion. There is a possibility that incompletely burned ammonia is discharged. Therefore, rather than being used as a direct fuel, Ammonia is only used to reduce NO_X such as urea solution in diesel vehicle Selective Catalyst Reduction. Currently, LPG vehicle fuel feed system studies have evaluated the durability of combustion injectors and fuel tanks in ammonia environment. However, few studies have been conducted to apply ammonia as a ship fuel. Therefore, this study aims to evaluate corrosion damage that might occur when ammonia is used as a propulsion fuel on ships.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권2호
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• pp.580-586
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• 2023

Diversified fuel types such as methanol, hydrogen, liquefied natural gas, ammonia, biofuels, have been come to fore in consideration of the limitations, regulations, environmental perception and efficient use of resources on maritime sector. NE is described as a substantial alternative energy source on the marine vessels in the sense of de-carbonization and fuel efficiency activities carried out by IMO. Although NPVs have been constructed for the merchant, navy and supply fields over the years, their numbers are few and working ranges are quite limited. NE generation techniques, reactor types, safety and security issues in case of any leakage or radiation pollution are analyzed and comparisons are performed between fossil-based fueled and NP based on icebreakers. The comparison are conducted on the basis of dimensions, resistances and operational competences by the VIKOR. NP icebreakers operated in recent years occupy a notable position in the ranking, although fossil fueled ones are most prevalent. Consequently, refueling period and emissions are the principal benefits of NPVs. Nevertheless, the use of such systems on marine vessels especially for merchant ships may come to the fore when all concerns in terms of safety, security and society are resolved since the slightest mistake can have irreversible consequences.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2022년도 춘계학술대회
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• pp.213-213
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• 2022

본 논문은 슬로싱(Sloshing) 거동에 놓인 극저온 액체수소 화물창의 BOG 예측을 위한 CFD 해석 절차를 다루고 있다. 특히, 적재율(Filling Ratio)에 따라 달라지는 열 유입과 그에 따른 액체수소의 기화 경향을 파악하기 위한 목적으로 수행되었다. 액체수소와 기체수소의 혼재에 의한 다상 열유동(Multiphase-Thermal flow) 특성을 반영하고 유동에 따른 강제 대류 현상을 열유속에 반영하기 위한 CFD 해석을 수행하였다. 다상 유동 모델의 정확성을 검증하기 위하여 슬로싱 실험의 압력 계측 값과 해석의 압력 값 및 자유수면(Free surface) 형상을 비교하였다. 소형 C-Type 독립형 액화수소 탱크를 대상으로 슬로싱 유동과 BOG 발생을 수치적으로 예측하였다. 해석 과정에서 VOF(Volume of fraction) 모델과 Eulerian 모델을 모두 적용하여, 액체수소에 유입되는 열 유속(Heat flux)의 예측 정확성을 비교하였다. 슬로싱 유무에 따라 액체수소에 유입되는 열 유속을 비교하여 슬로싱 유동의 포함 여부에 따른 BOG 발생량의 변화를 제시하였으며, 최종적으로 액체수소의 충전율(Filling ratio) 별로 BOG 발생량의 경향성을 제시하였다.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.52-58
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• 2023

지구 기상이변에 대해 탄소중립의 중요성이 대두됨에 따라 무탄소 연료인 수소의 에너지원으로서의 활용도 역시 증대되고 있다. 일반적으로 수소는 연료전지(FC, Fuel Cell)에 활용되고 있으나, 이는 연소를 기반으로 하는 내연기관(ICE, Internal Combustion Engine)에도 활용될 수 있다. 특히 연료전지만으로 수소 활용 및 인프라 확장이 어려운 때에 이미 생산 측면이나 공급 측면에서 인프라가 기 구축되어 있는 내연기관은 수소 에너지 저변 확대에 큰 도움을 줄 수 있다. 다만 수소를 연소기반으로 활용할 경우 고온에서 공기 중 질소가 산소와 반응하여 유해배기물질인 질소산화물(NOx, Nitrogen Oxides)이 생성될 수 있는 단점은 존재한다. 특히 냉간 (Cold Start) 운전 영역시 포함될 EURO-7 배기규제의 경우 워밍업(Warm-up) 과정에서 발생하는 배기배출물의 저감을 위한 노력도 필요하다. 따라서 본 연구에서는 2 L급 수소 직접분사방식 전기점화 (SI, Spark Ignition) 엔진을 활용하여 냉각수를 상온에서 88 ℃로 워밍업하는 과정에서 질소산화물 및 연료소모율의 변화 특성을 살펴보았다. 특히 수소는 기존의 가솔린, 천연가스, 액화석유가스(LPG, Liquified Petroleum Gas)와 달리 가연범위(Flammable range)가 넓기 때문에 공기과잉률(Excessive air ratio)을 희박하게 조절할 수 있다는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 워밍업하는 과정에 있어서 공기과잉률을 1.6/1.8/2.0으로 변화하여 그 결과를 분석하였다. 본 실험의 결과는 워밍업 시 공기과잉률이 희박해질수록 시간당 질소산화물의 배출이 적고, 열효율도 상대적으로 높으나 최종 온도까지 도달 시간이 길어짐에 따라 누적 배출량 및 연료소모율은 악화될 수도 있음을 시사한다.

• 한국분무공학회지
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• 제19권1호
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• pp.1-8
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• 2014

Liquefied petroleum gas (LPG) is regarded as an alternative fuel for spark ignition engine due to similar or even higher octane number. In addition, LPG has better fuel characteristics including high vaporization characteristic and low carbon/hydrogen ratio leading to a reduction in carbon dioxide emission. Recently, development of LPG direct injection system started to improve performance of vehicles fuelled with LPG. However, spray characteristics of LPG were not well understood, which is should be known to develop injector for LPG direct injection engines. In this study, effects of operation condition including ambient pressure, temperature, and injection pressure on spray properties of n-butane were evaluated and compared to gasoline in a multi-hole injector. As general characteristics of both fuels, spray penetration becomes smaller with an increase of ambient pressure as well as a reduction in the injection pressure. However, it is found that evaporation of n-butane was faster compared to gasoline under all experimental condition. As a result, spray penetration of n-butane was shorter than that of gasoline. This result was due to higher vapor pressure and lower boiling point of n-butane. On the other hand, spray angle of both fuels do not vary much except under high ambient temperature conditions. Furthermore, spray shape of n-butane spray becomes completely different from that of gasoline at high ambient temperature conditions due to flash boiling of n-butane.

• 공업화학
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• 제22권1호
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• pp.114-118
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• 2011

미네랄 오일을 결합재로 사용하는 탄소반죽전극은 효소의 특성 연구 분야에서 효과적으로 활용되고 있으나 전극이 기계적 경도가 없으므로 실용화의 가능성은 없다. 본 실험실에서는 톨루엔에 녹인 고무 용액이 탄소가루의 결합재로 사용될 때 탄소반죽의 기계적 물성이 얻어지는 것을 확인하였다. 클로로프렌 고무 용액을 이용하여 만든 전극이 정량적인 전기화학적 행동을 보이는지 확인하기 위하여 여러 가지 속도론적 파라메터 즉 대칭인자($\alpha$, 0.28), 교환전류밀도 ($i_0$, $4.06{\mu}A/cm^2$), 이중층의 축전용량($C_d$, $2.11{\times}10^{-3}F$), Michaelis 상수($K_M$, $2.45{\times}10^{-3}M$), 시간상수(${\tau}_B$, 0.077 sec) 등을 구하였다. 이 실험적 사실들은 클로로프렌 고무가 탄소반죽전극의 실용화에 전망 좋은 결합재임을 입증하였다.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.1-10
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• 2023

산업혁명의 발달로 인해 급격하게 증가된 온실가스 배출량을 저감하기 위해 배기 배출물 규제가 계속해서 강화되고 있다. 이를 만족시키기 위해선 친환경 연료의 사용은 필수적이다. 미래의 친환경 연료로서 수소가 주목받고 있지만, 물질적 특성으로 인해 취급과 보관에 큰 어려움을 겪고 있어, 이에 대안으로 암모니아가 제안되었다. 암모니아는 수소 대비 상온 조건에서 쉽게 액화가 가능하며, 에너지밀도가 높다. 이에 엔진의 연료로서 암모니아의 적용성을 검토하기 위해 직접분사식 암모니아 전소 엔진에서 연소제어인자의 변경에 따른 실험을 진행하였다. 본 실험은 점화시기(Spark Timing)와 공기과잉률(Excess Air Ratio) 두 개의 변수를 변경하여 실험을 진행하였다.엔진 속도 1,500 RPM 및 중부하 이상(제동 토크 200 Nm)의 조건에서 암모니아 전소를 하였을 때, 연소 안정성과 질소산화물, 미연 암모니아 등의 배기 배출물의 경향을 관찰하였다. 연소제어인자의 최적화를 통해 암모니아만을 연료로 사용한 경우에도 안정적인 연소가 가능한 조건을 찾을 수 있었고, 향후 운전영역 확장을 위한 전략을 적용할 계획이다.

• 유기물자원화
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• 제20권4호
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• pp.97-105
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• 2012

본 연구는 음식물류 폐기물의 처리과정에서 발생하는 음식물류 폐수를 생활폐기물 소각시설에서 생활폐기물과 음식물류폐수를 혼합하여 소각처리 방법과 소각시 음식물류 폐수를 이용한 질소산화물 제거 및 배출가스의 영향등을 조사하였다. 해양투기용으로 발생된 음식물류폐기물 폐수는 성상이 94-96%의 함수율을 갖고 있다. 음식물류폐기물 폐수를 주입하였을 때 소각로 출구 온도는 $897^{\circ}C$이였으며, 평상시는 $925^{\circ}C$로 약 $28^{\circ}C$도 떨어졌다. 음식물류폐기물 폐수를 각각 $200{\ell}/hr$, $300{\ell}/hr$ 투입시 질소산화물의 평균배출농도는 각각 50ppm, 46ppm 이었다. 연관식 폐열보일러는 음식물류 폐수의 투입량이 많을수록 튜브 막힘 현상이 있었으며, 막힘 튜브는 압축공기를 이용한 튜브 청소로 원상태를 유지 할 수 있어 연속적 소각에는 방해가 되지 않았다. 유기성 폐기물인 음식물류 폐수의 자원화 처리방법과 더불어 기존 소각시설을 이용한 소각처리가 육상처리의 한 방법으로 자리매김 할 수 있으며, 소각시 배출가스의 질소산화물이 제거됨으로써 질소산화물 제거용 암모니아, 요소수 등 화학약품비용 절감하는 효과도 있는 것으로 나타났다.

• 해양환경안전학회지
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• 제20권1호
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• pp.96-103
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• 2014

극저온 액체 상태의 LNG는 주거용과 산업용으로 공급되기 전에 가스 상태로 변환된다. 이러한 재가스화 과정 중에 LNG는 $83.7{\times}10^4$ kJ/kg 정도의 많은 냉열에너지를 제공한다. 이 냉열에너지를 일부 선진국들에서는 질소, 수소, 헬륨과 같은 극저온 유체들의 액화, 제빙 및 냉방시스템에 이용하고 있다. 따라서 우리나라에서도 인천, 평택 및 통영 LNG 인수기지 주변에 LNG의 냉열에너지를 이용한 냉열에너지 회수시스템을 설립할 필요가 있다. 여기서는 저열유속상태에서 상변화를 동반하는 LNG의 유동거동 특성을 파악하기 위해 LNG의 85 %를 차지하는 메탄을 작동유체로 사용하였다. 또한 본 논문은 극저온 열교환기 내부를 흐르는 메탄과 질소, 프로판, R11 및 R134a의 유동경계에 영향을 주는 관 직경, 관의 경사각도 및 포화압력의 효과를 보여준다. 또한 여기서 얻어진 이론적 연구결과와 기존의 실험 데이터와도 비교 되었다. 그리고 메탄의 유동경계에 주는 파이프의 경사각도의 영향은 매우 큼을 알 수 있었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권7호
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• pp.964-970
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• 2023

국제해사기구의 온실가스 감축 노력으로, 해운 산업에서는 저탄소 연료로서 액화천연가스와 메탄올, 그리고 무탄소 연료로서 수소와 암모니아가 대두되고 있으며, 환경 친화적인 연료로 평가되고 있다. 특히 암모니아의 경우 화물로써 운반선을 통한 상당 기간의 운항 경험을 보유하고 있으며, 24년 하반기에는 암모니아 선박 엔진이 공급 예정으로, 상용화가 상대적으로 용이한 연료 중 하나로 간주되고 있다. 그러나 암모니아를 연료로 사용하기 위해서는 독성의 문제점을 극복해야할 필요가 있다. 5ppm 수준의 농도에서 후각으로 판단이 가능하며, 300ppm 이상을 30분 이상 흡입할 경우 회복이 불가능한 상태에 이를 수 있는 독성물질이다. 화학물질안전원에서 제공하는 KORA 프로그램을 사용하여 암모니아 벙커링시 누설시 발생할 수 있는 위험성에 대하여 평가하였으며, 1분간의 누설로 인해서 반경 약 7.5km에서 5ppm의 영향이 있을 수 있으며 이는 부산시 주요지역에 해당하며, 인체에 치명적일 수 있는 300ppm의 경우 벙커링 인근 인구밀집지역 및 학교등에 심각한 영향을 미칠 수 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 암모니아 벙커링 관련 법제도가 부재한 상태로 작은 누설에도 광범위한 지역에 독성의 영향이 미칠 수 있기 때문에 지자체, 소방, 환경관서 등과의 유기적인 체계 구축이 마련될 수 있도록 법제도 개발이 필요하다.