• 한국수자원학회논문집
• /
• 제52권11호
• /
• pp.917-929
• /
• 2019

하천의 탈질은 수질 개선과 정확한 아산화질소($N_2O$) 발생량 추정에 관련해서 매우 중요한 역할을 한다. 탈질과정은 질소 산화물($NO_3{^-}$)을 다수의 단계를 걸쳐 기체 질소($N_2$ 또는 $N_2O$)로 변화시키는 호흡과정으로, 강력한 온난화기체인 $N_2O$의 주요한 생물학적 배출 또는 흡수 과정이다. 수생태계에서는, 물의 범람, 기질 공급과 유체역학적, 생지화학적 특성의 복잡한 상호작용이 탈질 과정과 다단계 반응의 정도에 따라 중간산물인 $N_2O$ 발생량(flux)을 조절한다. 이처럼 기질의 농도뿐만 아니라 하상의 물 흐름과 체류시간이 반응 산물에 영향을 미치지만, 하천에서 탈질 정도를 조절하는 유체역학적 특성과 지형학적, 생지 화학적 인자의 상호작용에 대한 연구 결과는 아직 제한적이다. 본 실험은 미세지형 변화의 영향을 모의하기 위해서 2차원 실험 수로에 사구를 형성하여 하상지형에 따라, 정지상태의 폐쇄형 챔버를 이용해 $N_2O$ 발생량을 측정하였다. 또한 기질과의 미세지형의 상호작용을 확인하기 위해서 두 독립된 실험은 같은 수로와 지형 구조를 가지지만 다른 용존 유기탄소(DOC) 농도로 설계하였다. 또한 얻어진 자료를 토대로 Random Forest 모델을 활용하여 $N_2O$ 발생량과 조절인자를 추정하였다. 높은 DOC 농도 실험에선, $N_2O$ 발생량이 흐름 방향을 따라 증가하다 사구 뒤쪽 경사에서 가장 높은 발생량($14.6{\pm}8.40{\mu}g\;N_2O-N/m^2\;hr$)이 측정되며, 그 이후로 감소하는 경향을 보인다. 또한 사구 뒤쪽 경사에서 암모늄 농도가 $31.0{\pm}6.24{\mu}g-N/g\;dry\;soil$로 가장 높으며 $N_2O$ 발생량과 유사한 경향을 나타낸다. 반면에, 낮은 DOC 토양은 지형학적 변화에 따른 $N_2O$ 발생량과 암모늄의 변화를 나타내지 않았으며 발생량과 농도 또한 낮게 나타났다. 따라서 본 실험을 통해 비록 지형적 변화는 $N_2O$ 발생량과 화학적 특성에 영향을 미쳤지만, 그 효과는 탄소 가용성에 의해 제한된다는 것을 확인하였다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
• /
• 제5권3호
• /
• pp.209-213
• /
• 2019

최근 전력 계통에 사용되는 주파수 조정용(F/R) 에너지 저장장치에 대하여 높은 에너지 밀도와 장수명의 안정성에 대한 요구가 증대되고 있다. 이와 관련하여 슈퍼커패시터는 장수명과 급속 충방전 특성이 우수하므로 이러한 F/R 적용을 위한 에너지 저장장치로 적합하게 여겨지고 있다. 슈퍼커패시터는 단주기 F/R 영역의 보완 운전을 담당하고 전력계통에 설치된 ESS의 장주기 운영 수명을 연장함으로써 기존 용량을 담당하는 리튬 배터리의 설치 규모와 양을 획기적으로 줄일 수 있다. 하지만 낮은 에너지 밀도는 전력 계통과 같은 큰 시스템에서 적용에 한계가 있으며 여전히 배터리를 대체할 수 있는 높은 에너지 밀도 요구에 어려움을 겪고 있다. 그러나 최근에는 리튬이온 커패시터(Lithium ion capacitor; LIC) 구조가 3.8 V 이상의 전압 구간을 구현할 수 있기 때문에 전기이중층 커패시터(Electric double layer capacitor; EDLC) 구조보다 고에너지 밀도 구현을 위한 구조로 각광을 받고 있지만 여전히 상용화를 위해서는 여러가지 전기화학적 성능에 대한 구체적인 검증 및 개발이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 LIC의 에너지 밀도와 관계되는 용량을 증대하기 위하여 새로운 전극사전-도핑 방법을 설계하였다. 양극 활물질은 0.1% 이하의 상대습도 분위기 드라이룸에서 기계적 강도와 음극 도핑을 안정되게 수행될 수 있도록 $100{\mu}m$의 두께로 제작되었다. 또한 접촉 저항을 최소화하기 위하여 제조된 전극은 상온에서 $65^{\circ}C$까지 열 압축공정을 실시하였다. 최종적으로 LIC 구조에 대한 다양한 사전-도핑법을 설계하고 그 메커니즘을 분석하여 용량과 전기화학적 안정성이 향상된 새로운 LIC 사전-도핑 방법을 제안하였다.

• 한국토양비료학회지
• /
• 제42권5호
• /
• pp.399-407
• /
• 2009

레이저 유도붕괴 분광법(LIBS)은 물질상태(고체, 액체, 기체)에 상관없이 신체 접촉시 오염 우려 및 미량 시료도 전처리 없이 동시에 많은 종류의 원소 분석으로 분석과정이 단순하고 신속하게 분석이 가능하며, 소형화된 레이저의 개발로 시료의 직접적인 채취가 어려운 조건의 현장분석에도 적합하다. 농산물 안정성 평가나 친환경 농업 및 정밀농업을 위한 조사 등에 활용될 수 있는 비파괴 실시간 정량분석기술로서 LIBS 분석법의 토양분석 가능성을 평가하고자 표준광물, 미국의 표준기술연구소의 표준토양, 미국 테네시주 초지 및 밭토양을 대상으로 토양 구성성분의 정성 정량적 분석에 필요한 측정조건을 조사하고 이를 토대로 LIBS에 의한 농도값과 기존의 화학분석법을 통해 측정한 결과를 비교하였다. LIBS 측정은 펄스형 Nd:YAG 레이저(Minilite II, Continuum, Santa Clara, CA)에서 나오는 1064 nm 에너지 파장의 광원을 시편의 플라즈마를 생성시키는데 사용하였고, 25 mJ/pulse 여기 에너지 빔을 펄스폭 35 ns, 펄스 반복 주기 10 Hz, 노출시간 10 s 동안 시료의 표면에 조사하였다. LIBS 분광은 0.03 nm의 해상력으로 200 nm에서 600 nm의 영역에서 50 m 이하로 분쇄하여 원형 펠렛 형태로 압축시킨 시료를 10 rpm의 속도로 회전시키면서 상온 상압의 실험실 조건에서 수행되었다. LIBS를 이용한 토양 중 주요한 원소의 적정 파장(nm)은 Al(I) 309.2 nm, Ca(I) 422.6 nm, Fe(I) 406.4 nm, Mg(I) 285.2 nm, Na(I) 589.2 nm, Si(I) 288.2 nm, Ti(I) 398.9 nm 이었다. LIBS의 피크강도가 물질 중 원소의 농도가 증가됨에 따라 각 원소의 특정 파장대에서 일정하게 증가되는 것으로 나타나고 있으나 표준물질의 LIBS의 신호비와 원소비를 통해 측정된 검량곡선의 상관계수($r^2$)는 0.863에서 0.977의 범위로 원소별로 상이할 뿐만 아니라 0.98에 미치지 못하였다. 또한, 토양 중 분석대상원소에 대하여 기존 ICP-AES에 의한 표준방법으로 분석된 시료의 측정값과 비교하여 상대적인 오차는 대략적으로 (-)40%에서 80%이상이며, 평균오차는 32.2%로 표준척도 20% 이상을 초과하였다. LIBS에 의한 토양분석은 토양의 조성과 입자의 크기에 따른 매질효과(matrix effect)로 표준물질의 검량곡선에서 결정계수가 낮고, 원소별 함량도 기준의 표준방법과 비교할 때 오차가 컸다. 따라서 LIBS에 의한 토양분석은 정성적인 분석 수준의 정밀도를 보였으며, 토양 매질의 영향을 최소화하기 위하여 기존의 분쇄 펠렛형 시료조제 및 회전측정 이외의 다양한 토양매질의 표준물질(standard reference material)의 확보, 새로운 전처리 방법 및 측정상 방법개선 등 신뢰성 있는 정량 분석을 위한 노력이 필요할 것으로 사료된다.

• 청정기술
• /
• 제25권1호
• /
• pp.81-90
• /
• 2019

프로페인($C_3H_8$)의 건식 개질($CO_2$ 개질)을 통한 합성 가스($H_2$와 CO 혼합물) 제조를 위해 $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매가 충진된 유전체 장벽 방전 플라즈마 반응기를 사용하였다. 열 또는 플라즈마에 의해 환원된 $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매를 사용하여 $C_3H_8/CO_2$ 비율 1/3, 총 유량 $300mL\;min^{-1}$에서 플라즈마-촉매 건식 개질을 수행하였다. 건식 개질에 대한 촉매 활성은 온도범위 $500{\sim}600^{\circ}C$에서 평가되었다. $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매 제조를 위해 전구물질 수용액(질산니켈, 질산세륨)으로 함침된 ${\gamma}-Al_2O_3$를 공기 분위기에서 소성시킨 후, $H_2/Ar$ 분위기에서 환원시켰다. 촉매 특성 조사에는 X-선 회절분석기(XRD), 투과전자현미경(TEM), 전계 방출 주사전자현미경(FE-SEM), 승온 탈착($H_2-TPD$, $CO_2-TPD$) 및 라만 분광기가 이용되었다. 열로 환원된 촉매와 비교하면 플라즈마 방전하에서 환원된 $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매가 개질 반응을 통한 합성 가스 생산에서 보다 우수한 촉매 활성을 나타내었다. 또한, 플라즈마로 환원된 $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$가 개질 반응의 문제점인 탄소퇴적 관점에서 장기 촉매 안정성을 보여주었다.

• 한국해안·해양공학회논문집
• /
• 제31권3호
• /
• pp.101-114
• /
• 2019

현재 상당한 침식이 진행되고 있는 맹방해빈을 대상으로 년 간 해안선 변화량을 수치모의 하였다. 수치모의는 이산화된 해안선 단위 격자에 표사 순유입량과 해안선 전진 혹은 퇴각량은 서로 균형을 이룬다는 개념으로부터 유도한 해안선 모형(One Line Model for shore line)에 기초하여 수행하였다. 이 과정에서 연안 표사량의 경우 Energy flux 모형, 횡단 표사량의 경우 Bailard와 Inman(1981) 계열의 수정 모형(Cho and Kim, 2019)을 활용하였다. 수치모의 과정에서 closure depth는 파랑에 종속하는 것으로 해석하였으며, closure depth는 Shiled's parameter에 기반한 Hallermeier(1978)의 해석모형을 활용하여 산출하였다. 모의결과 너울이 우세한 2017.4.26부터 2017.10.15까지는 횡단 표사가 지속적으로 유입되어 해안선이 전진하는 것으로 모의되었다. 또한 10월 중순과 10월 말 사이에 연이어 발생한 년 최대 고파랑 내습에 따른 침식과 이로 인한 해안선의 일시적 퇴각, 이 후 파랑이 잦아들면서 다시 출현하는 너울에 의한 횡단표사 유입과 이로 인한 해안선 복원, 삼월중순부터 삼월말까지 연이어 발생한 고파랑에 의한 해안선 퇴각 등 일 년에 걸친 해안선 대순환과정이 상세하게 모의되는 것을 확인할 수 있었다. 전술한 해안선 대순환 과정은 2017년 4월5일, 9월 7일, 11월 7일, 2018년 3월14일에 실측된 해안선 위치에서도 유사하게 관측할 수 있다. 그러나 해안선이 전진 혹은 퇴각되는 양은 실측치에 비해 수치모의에서 크게 관측되며, 이러한 차이는 대부분의 지형모형(Genesis: Hanson and Kraus, 1989)처럼 closure depth를 $h_c=8.09m$로 일정하게 유지한 경우에 더욱 증가하였다.

• 한국조경학회지
• /
• 제47권4호
• /
• pp.24-32
• /
• 2019

국토교통부가 발표한 도시계획현황에 따르면 현재 전국의 도시계획시설 미집행면적은 약 $1,257km^2$에 이르며, 그중 공원과 녹지의 미집행면적은 약 47%를 차지한다. 특히, 서울의 경우 전체 도시계획시설의 미집행면적은 약 $66km^2$이며, 이는 전국 미집행면적의 5.24%에 해당하며, 전체 미집행면적의 약 88%가 공원과 녹지의 미집행면적으로 이는 전국의 비율보다 높게 나타났다. 또한, 이 중 약 92%가 10년 이상 된 장기 미집행 도시계획시설이다. 본 연구는 서울시 미집행 도시계획시설 중 공원과 녹지를 대상으로 메타회귀분석방법을 적용하여 도시 녹지가 제공하는 조절서비스, 지원서비스, 문화서비스에 대한 생태계 서비스의 경제적 가치를 추정하였다. 연구 결과, 서울시의 미집행 공원 및 녹지가 제공하는 조절서비스의 가치는 약 163억 9,201만 원, 지원서비스의 가치는 약 58억 7,323만 원, 문화서비스의 가치는 약 77억 8,441만원으로 나타났으며, 전체 생태계 서비스의 가치는 약 339억 2,541만 원으로 나타났다. 조절서비스와 문화서비스의 가치가 제일 높게 나타났으며, 이는 도심지에 위치한 대상지의 특성에 기인한 것으로 분석된다. 본 연구는 서울시의 미집행 공원 및 녹지에 대한 생태계 서비스의 가치를 평가하였다는 것에 의의가 있으며, 본 연구의 결과는 도시계획 혹은 정책결정의 과정에서 유용하게 쓰일 수 있을 뿐 아니라, 최근 전 세계적으로 대두되고 있는 생태계 서비스 지불제의 개념을 적용한다면 미집행 도시계획시설 보상의 근거자료로 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

• 터널과지하공간
• /
• 제28권6호
• /
• pp.670-691
• /
• 2018

본 논문에서는 국제공동연구 DECOVALEX-2019 프로젝트의 일환으로 수행된 Task B Benchmark Model Test(BMT)의 연구 결과를 소개하였다. Task B는 'Fault slip modelling'을 연구주제로 하며, 유체의 주입으로 인해 발생하는 단층의 재활성과 수리역학적 연계거동을 예측할 수 있는 해석기법을 개발하는 데에 목적이 있다. BMT 시나리오 해석은 각 참가팀들의 수치모델이 단층의 수리역학적 연동거동을 적절히 모사할 수 있는지 교차검증함으로써 각 해석코드의 완성도를 높이기 위하여 수행되었으며, 주입압 적용 조건, 단층 물성, 수리역학적 연동해석 조건 등에 따라 7개의 해석 모델로 이루어져 있다. 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석 기법을 이용하여, 역학적 변형으로 야기되는 단층의 수리적 물성 변화와 간극의 기하학적 변화를 동시에 반영할 수 있는 수리역학적 커플링 모듈을 개발하였다. BMT 시나리오 해석을 위하여 Task B 1단계(Step 1) 연구에서 개발된 수치모델을 일부 수정하였고, 단층의 변형에 따른 압축률과 투수계수, 단층의 해석 메쉬의 변화가 해석에 반영될 수 있도록 하였다. 단층의 투수량계수와 저류계수가 단층 내 압력 분포, 주입수량, 변위, 응력 등 수리역학적 거동에 미치는 영향을 검토하였으며, 수정된 수치모델을 기수행된 1단계 연구에 적용하여 해석결과를 업데이트하였다. 해석 결과, 본 연구에서 개발한 해석기법이 물 주입으로 인한 단층의 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.

• 전기화학회지
• /
• 제22권1호
• /
• pp.36-42
• /
• 2019

두께가 $52{\mu}m$의 주석필름을 고농도의 질산을 사용한 화학적 식각과정을 거쳐서 리튬이온 이차전지용 고용량 음극인 다공성 주석후막을 제조하였다. 다공성 주석필름은 반응면적이 증가하게 되어 리튬과의 합금화 반응에 대한 과전압이 감소하였으며, 동시에 충방전 시의 부피변화에 대응할 수 있는 공간이 확보되었다. 또한, 이러한 다공성 주석후막 전극은 바인더 및 도전재의 사용이 필요하지 않기 때문에 실질적으로 더욱 큰 에너지 밀도의 구현이 가능하다. 식각용액에서의 질산농도가 증가할 수록 주석필름의 식각되는 정도가 증가하여 주석의 무게와 두께가 더욱 감소하였다. 3 M 농도 이상의 질산에서 주석필름의 식각이 효과적으로 진행되었으나, 5 M 농도에서는 식각속도가 더욱 증가하여 60초 내에 대부분의 주석이 용출되어 회수할 수 없었다. 4 M 농도의 질산용액에서 식각한 경우에는 두께는 40.3%가 감소하며 무게는 48.9%가 감소된 다공성 구조가 형성되었다. 주석필름의 식각되는 정도가 증가함에 따라 전기화학적 활성이 증가하게 되어 리튬저장에 대한 가역용량이 증가하였으며, 4 M 농도에서 식각한 주석필름의 경우에는 650 mAh/g의 가역용량을 나타내었으며, 안정적인 사이클 특성을 나타내어 주석분말을 사용하여 기존의 전극제조 방법으로 제조한 경우보다 향상된 사이클 성능을 나타내었다.

• 한국지구과학회지
• /
• 제40권3호
• /
• pp.227-239
• /
• 2019

강원지역은 우리나라의 다설지로서 복잡한 지형 때문에 강설량의 공간변동성이 크다. 특히 동풍조건에서 강설이 발생할 시 강설량의 공간적 변동을 예측하기 어렵다. 동풍조건에서는 강원지역 내 위치에 따라 대기환경조건이 다르며 이는 강설의 특성에도 영향을 줄 수 있다. 본 연구에서는 동풍 조건에서 태백산맥의 풍상측과 풍하측에서 강설의 미세물리적 특성을 서로 비교 분석하였다. 강원지역 내 4개 관측지점을 선정하여 파시벨 수적계로 입자크기분포를 관측하였다. 얻어진 강설입자 크기 분포의 특성을 풍상측과 풍하측간 비교한 결과, 풍상측의 강설입자 크기 분포는 풍하측에 비해 넓은 분포를 가졌고 작은 강설입자의 수도 많았다. 강설입자의 수농도에 비례하는 보편특성수농도와 강설입자의 직경에 비례하는 보편특성직경 둘 다 풍상측에서 상대적으로 큰 값을 보였다. 또한, 얼음수함량과 강설강도 비교에서도 풍상측 지점에서 큰 평균값을 가졌다. 이 결과가 나타난 원인은 태백산맥 산사면에서 공기덩어리의 강제적 상승효과로 풍상측 지점 상공에 새로운 강설입자의 생성이 활발했기 때문으로 추정된다. 또한, 풍상측은 따뜻하고 습한 동풍이 불어오므로 이로 인해 지상기온이 $0^{\circ}C$ 근처에 머무르며 강한 부착과정이 일어나기 좋은 조건이다.

• 한국응용과학기술학회지
• /
• 제36권3호
• /
• pp.766-778
• /
• 2019

본 연구에서는 초임계 공정에 의해 복령피를 추출하였고, 에탄올 복령피 추출물과 비교하여 항염, 미백, 항산화효과를 측정하였다. 또한 선정된 추출물의 제형과 약물전달 펩티드를 활용하여 효율적인 경피투과 방법을 제시하였다. 복령피의 항암, 항염성분으로 알려진 Pachymic acid를 지표성분으로 HPLC 분석 결과 에탄올 복령피 추출물 보다 초임계 복령피 추출물이 2배 이상 높게 추출되는 것으로 나타났다. 복령피의 항산화효과를 확인하기 위하여 DPPH 소거능과 ABTS 소거능은 복령피 에탄올 추출물이 초임계 복령피 추출물보다 더 낮은 농도에서 $IC_{50}$을 나타내었다. 하지만 RAW 264.7 세포 내 NO(Nitric oxide) 생성량을 측정한 결과에서는, 에탄올 복령피 추출물보다 초임계 복령피 추출물이 동일 농도에서 더 낮은 NO 생성량을 나타냈다. 또한 B16 melanoma 세포에 복령피 추출물을 $20{\mu}g/mL$ 농도를 72시간 처리 후 세포 내외 멜라닌 합성을 확인한 결과에서는, 에탄올 복령피 추출물과 초임계 복령피 추출물 모두 효과가 있었으며 초임계 추출물이 더 낮은 멜라닌 함량을 보였다. NO 생성량 실험에서 활용된 RAW 264.7 세포에서는 $800{\mu}g/mL$농도에서도 독성이 나타나지 않았다. 하지만 B16 melanoma 세포에서는 $50{\mu}g/mL$에서도 에탄올 추출물과 초임계 추출물 모두 60 % 미만의 생존율을 나타냈다. 초임계 복령피 추출물을 대상으로 리포좀 제형과 약물전달 펩티드를 활용하여 Franz diffusion cell 실험 결과에서는, 리포좀 제형과 약물 전달 펩티드가 초임계 복령피 추출물을 경피 투과를 증진시켜 주는 것으로 나타났다. 초임계 복령피 추출물이 다양한 효능의 화장품 소재로서 개발될 가능성이 있다고 판단된다.