Energy and environmental are always two major challenges for the sustainable development of the modern human being. For avoiding the serious environmental pollution caused in the fabrication process of porous carbon, a popular energy storage material, we reported a facile, green and activating agent free route hereby directly carbonizing a special biomass, Glebionis coronaria. A nitrogen doped hierarchical porous carbon with a specific surface area of up to 1007 m2 g−1 and a N doping content of up to 2.65 at.% was facilely fabricated by employing the above route. Benefiting from the peculiarly hierarchical porous morphology, enhanced wettability and improved conductivity, the obtained material exhibits superior capacitance performance, which capacitance reaches up to 205 F g−1 under two-electrode configuration, and no capacitance loss is observed after 5000 cycles. Meanwhile, the capacitance retention of the obtained material arrives up to 95.0% even under a high current density of 20 A g−1, illuminating its excellent rate capability. The fabricated nitrogen-doped hierarchical porous carbon with larger capacitance than commercial activated carbon, excellent rate capability and cycle stability is an ideal cost-efficient substitution of commercial activated carbon for supercapacitor application.

PURPOSES : The authors set out to estimate the related carbon emissions, energy use, and costs of the national freeways and highways in Korea. To achieve this goal, a macro-level methodology for estimating those amounts by road type, road structure type, and road life cycle was developed. METHODS : The carbon emissions, energy use, and costs associated with roads vary according to the road type, road structure type, and road life cycle. Therefore, in this study, the road type, road structure type, and road life cycle were classified into two or three categories based on criteria determined by the authors. The unit amounts of carbon emissions and energy use per unit road length by classification were estimated using data gathered from actual road samples. The unit amounts of cost per unit road length by classification were acquired from the standard cost values provided in the 2013 road business manual. The total carbon emissions, energy use, and cost of the national freeways and highways were calculated by multiplying the road length by the corresponding unit amounts. RESULTS: The total carbon emissions, energy use, and costs associated with the national freeways and highways in Korea were estimated by applying the estimated unit amounts and the developed method. CONCLUSIONS: The developed method can be employed in the road planning and design stage when decision makers need to consider the impact of road construction from an environmental and economic point of view.

이 연구의 목적은 탄소 순환 관련 탄소 배출 시나리오를 통해 고등학교 학생들의 질량 보존의 개념을 확인하는 것이다. 이 연구를 위해 총 76명의 고등학교 2학년 학생들이 참여하였다. 연구 참여자들에게 2013년의 대기 중 이산화탄소 값이 2110년까지 ±15%의 변화로 450 ppm와 340 ppm으로 점진적으로 증가 또는 감소되는 두 개의 시나리오를 제시하였다. 시나리오에 따라 연구 참여자들에게 이산화탄소의 배출량 궤적을 그리게 한 후, 이를 설명하게 하였다. 그 결과는 다음과 같다. 대부분의 연구 참여자들은 탄소 배출 시나리오에 따른 이산화탄소 배출량과 자연적 순수 제거량에 대한 질량 보존의 추론보다는 이산화탄소 배출량은 앞으로도 계속해서 증가할 것이라는 결과를 나타내었다. 이는 연구 참여자들이 고등학교 지구과학 교과서의 탄소 배출과 관련된 그래프들 즉, 산업혁명 이후 최근까지의 인위적 이산화탄소 배출량 그래프, 대기 중 이산화탄소 농도 그래프, 평균 지구의 온도에 대한 그래프를 통해 이산화탄소 배출량이 계속해서 증가할 것이라는 패턴 매칭(pattern matching)을 생각하게 되었다는 것을 의미한다.

육상생태계의 토양에는 대기의 약 2배에 해당하는 많 은 양의 탄소를 가지고 있으며, 기후변화에 의한 기온 상 승으로 대기로의 방출에 매우 취약한 상황에 놓여 있다. 한반도의 육상 생태계 토양탄소 수지의 변화예측을 위해 필연적으로 요구되는 다양한 생태계의 토양호흡 자료 수 집을 위해 이용되는 방법론, 기기, 기기들 간의 오차, 시 공간적인 불균일성, 결측 자료에 대한 보충 (gap filling), 발생원 별 구분 등에 대한 현 상황을 정리하고 그를 바 탕으로 국내 토양호흡 연구의 문제점과 과제에 대해 고 찰하였다. 결론적으로 국내의 토양호흡 연구는 기기 간 또는 방법들 간의 오차 보정이나 노력들이 매우 빈약하 게 행해져 왔기 때문에 과거 및 현재 축적되는 자료의 품질은 거의 보정되지 않은 상태로 볼 수 있다. 이러한 문제점들이 해소되지 않고 지금까지와 같은 방식으로 토 양호흡 자료가 축적된다면 그 활용성은 매우 낮을 수 밖에 없다. 또한 장기적인 자료 축적, 토양호흡 조절 메커니 즘에 관한 조절 실험, 다양한 생태계, 토성, 토심 등에 대 한 자료 역시 장래의 토양권 탄소 동태 변화를 모델 수 단으로 예측하는 데에는 매우 중요한 요소이므로 토양호 흡 자료 수집과 함께 수집되어야 할 것이다. 더불어 장기 적인 측면에서 이러한 문제들이 연구자 간에 깊숙이 인 식되어 보다 양질의 자료가 생산되도록 노력할 필요가 있다.

지구 온난화와 이상기후현상으로 인한 온실가스가 증가함에 따라 온실가스 감축을 위해 국가 단위의 온실가스 배출량 산정이 중요해졌다. 따라서 본 연구에서는 평야 지역, 중산간 지역, 산간 지역의 탄소 순환 해석을 통하여 탄소의 흡수 및 배출의 해석을 통한 요인별 원단위를 분석하고 실제지역 구성 비율에 따라 원단위를 적용하여 해석해 보았다. 농촌지역의 탄소배출량을 조사한 결과 그 지역이 평야지역 일 때와 산간지역 일 때의 탄소의 흡수·고정·배출량은 다른 것으로 나타났다. 평야지역의 경우 타지역에 비하여 축사에서 탄소 배출량이 많아서 탄소배출량이 가장 높은 것으로 나타났으며, 임야의 면적이 가장 적은 관계로 탄소 고정량이 가장 적게 나타났다. 중산간지역의 경우 차량에 의한 탄소 배출량이 가장 높게 나타났으며, 임야 면적이 평야지역에 비하여 넓은 관계로 고정량이 높게 나타났으며, 산간지역은 넓은 임야면적 때문에 탄소 고정량이 가장 높은 것으로 나타났다. 본 연구 결과를 통해, 향후 어촌이나 도심지역으로 확대하여 비교·분석한다면 탄소의 흡수·고정·배출량을 관한 기초자료를 확보 할 수 있을 것으로 판단된다.

이 연구의 목적은 6명의 예비교사들을 대상으로, 탄소 순환을 이해하는데 적용되는 개념들을 조사하여 지구시스템에 관련된 개념은 무엇인가를 알아보고, 탄소 순환에 대해서 시스템 사고를 적절히 수행하고 잇는지를 조사하는 것이었다. 연구방법은 고등학교 지구과학에서 다루고 있는 “지구의 구성” 단원 중 ‘탄소 순환’과 관련된 질문을 통해, 예비교사들이 진술한 내용을 분석하여 개념의 특성을 조사하였다. 이를 근거로 지구시스템에 관련된 개념을 구성요소로 하여 인과지도를 작성한 수, 시스템 사고의 관점에서 분석하였다. 연구결과는 다음과 같다, 첫째ㅡ 탄소 순환을 이해하는데 적용된 개념들 중 지구시스템에 대한 관련개념은 모두 42개가 나타났다, 그 중 기권 관련개념은 15개, 생물권 관련개념은 11개, 수권 관련개념은 9개였으며, 암석권 관련개념은 7개였다. 둘째, 인과지도에서 피드백 순환고리는 A와 F 예비교사들에게 2개와 1개가 완성되었으나, A예비교사에게서 완성된 2개의 피드백 순환고리 중 1개는 비과학적 개념연결에 근거하였다. 결론적으로, 연구에 참가한 6명의 예비교사들은 탄소 순환과 관련하여 지구시스템에서 암석권에 대한 이해가 낮으며, 4명은 시스템 사고가 수행되지 않았고, 2명은 시스템 사고를 수행하였으나, 그 수준은 높지 않았다.

Two man-made carbon emissions, fossil fuel emissions and land use emissions, have been perturbing naturally occurring global carbon cycle. These emitted carbons will eventually be deposited into the atmosphere, the terrestrial biosphere, the soil, and the ocean. In this study, Simple Global Carbon Model (SGCM) was used to simulate global carbon cycle and to estimate global carbon budget. For the model input, fossil fuel emissions and land use emissions were taken from the literature. Unlike fossil fuel use, land use emissions were highly uncertain. Therefore land use emission inputs were adjusted within an uncertainty range suggested in the literature. Simulated atmospheric CO2 concentrations were well fitted to observations with a standard error of 0.06 ppm. Moreover, simulated carbon budgets in the ocean and terrestrial biosphere were shown to be reasonable compared to the literature values, which have considerable uncertainties. Simulation results show that with increasing fossil fuel emissions, the ratios of carbon partitioning to the atmosphere and the terrestrial biosphere have increased from 42% and 24% in the year 1958 to 50% and 30% in the year 2016 respectively, while that to the ocean has decreased from 34% in the year 1958 to 20% in the year 2016. This finding indicates that if the current emission trend continues, the atmospheric carbon partitioning ratio might be continuously increasing and thereby the atmospheric CO2 concentrations might be increasing much faster. Among the total emissions of 399 gigatons of carbon (GtC) from fossil fuel use and land use during the simulation period (between 1960 and 2016), 189 GtC were reallocated to the atmosphere (47%), 107 GtC to the terrestrial biosphere (27%), and 103GtC to the ocean (26%). The net terrestrial biospheric carbon accumulation (terrestrial biospheric allocations minus land use emissions) showed positive 46 GtC. In other words, the terrestrial biosphere has been accumulating carbon, although land use emission has been depleting carbon in the terrestrial biosphere.

국제연합식량농업기구(FAO, United Nations Food and Agriculture Organization)의 보고서에 따르면 21세기 전 세계의 인구는 2050년 약 90억에 달할 것으로 예측되며, 이러한 인구팽창으로 인한 식량부족 및 사료공급의 문제는 생산 시 야기되는 탄소, 질소의 손실로 인한 자원고갈 및 환경영향에 대한 우려와 함께 전 세계의 큰 관심사로 화두되었다. 또한, 대두, 유채, 팜을 이용한 식물성 바이오오일의 생산은 식량작물을 에너지작물로 활용함에 따라 개발도상국의 식량부족 문제를 심화시키는 악효과를 야기했다. 이렇듯 현대사회가 직면한 복합적인 문제점을 해결하기 위해 전 세계적으로 새로운 미래자원에 대한 탐색이 이루어졌으며, 곤충이 하나의 유망자원으로서 새롭게 각광받기 시작하였다. 다양한 곤충 중 흰개미의 경우, 분류계통상 고등 및 하등 흰개미로 분류되는데 종류에 따라 섭식대상이 다양하며 소화기작에서도 약간의 차이를 보인다. 특히 목질을 섭식하는 흰개미는 난분해성 물질인 리그닌과 셀룰로오스의 분해능력으로 인해 해외에서는 이미 오래전부터 흰개미의 장내 미생물을 이용하여 목질계 바이오매스로부터 바이오에탄올을 생산하는 방법에 대해 연구가 진행되어왔다. 하지만 국내에서는 흰개미를 목조 문화재를 가해하는 해충으로 분류하여 흰개미의 방제에 초점을 맞추어 연구가 많이 진행되어왔을 뿐 유용자원으로서의 흰개미의 잠재성에 대한 관심과 연구가 미흡한 실정이다. 또한, 흰개미는 우수한 단백질 공급원으로서 일부 국가에서는 식용 및 사료로서 활용을 하고 있지만 이에 따른 환경영향 및 효율에 관한 연구 역시 미흡하다. 따라서 본 연구는 국내에 분포하는 흰개미 중 일본흰개미(Reticulitermes speratus kyushuensis Morimoto)를 대상으로 흰개미가 주로 섭식하는 폐목재를 먹이로 주어 사육하였을 때, 생산되는 오일과 식용의 온실가스 발생량과 탄소와 질소의 순환효율을 정량화하여 흰개미를 산업용으로서 활용하는 것에 대한 타당성과 전체 탄소와 질소의 물질흐름에 있어서 환경적･경제적 이점을 정량화하고자 하였다.

Increasing carbon dioxide emissions from fossil fuel use and land-use change has been perturbing the balanced global carbon cycle and changing the carbon distribution among the atmosphere, the terrestrial biosphere, the soil, and the ocean. SGCM(Simple Global Carbon Model) was used to simulate global carbon cycle for the IPCC emissions scenarios, which was six future carbon dioxide emissions from fossil fuel use and land-use change set by IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change). Atmospheric CO2 concentrations for four scenarios were simulated to continuously increase to 600～1050ppm by the year 2100, while those for the other two scenarios to stabilize at 400～600ppm. The characteristics of these two CO2-stabilized scenarios are to suppress emissions below 12～13 Gt C/yr by the year 2050 and then to decrease emissions up to 5 Gt C/yr by the year 2100, which is lower than the current emissions of 6.3±0.4 Gt C/yr. The amount of carbon in the atmosphere was simulated to continuously increase for four scenarios, while to increase by the year 2050～2070 and then decrease by the year 2100 for the other two scenarios which were CO2-stabilized scenarios. Even though the six emission scenarios showed different simulation results, overall patterns were such similar that the amount of carbon was in the terrestrial biosphere to decrease first several decades and then increase, while in the soil and the ocean to continuously increase. The ratio of carbon partitioning to the atmosphere for the accumulated total emissions was higher for the emission scenario having higher atmospheric CO2, however that was decreasing as time elapsed. The terrestrial biosphere and the soil showed reverse pattern to the atmosphere.

A global carbon cycle model (GCCM), that incorporates interaction among the terrestrial biosphere, ocean, and atmosphere, was developed to study the carbon cycling and global carbon budget, especially due to anthropogenic CO2 emission. The model that is based on C, ^13C and ^14C mass balance, was calibrated with the observed CO2 concentration, δ^13C and Δ^14C in the atmosphere, Δ^14C in the soil, and Δ^14C in the ocean. Also, GCCM was constrained by the literature values of oceanic carbon uptake and CO2 emissions from deforestation. Inputs (forcing functions in the model) were the C, ^13C and ^14C as CO2 emissions from fossil fuel use, and ^14C infection into the stratosphere by bomb-tests. The simulated annual carbon budget of 1980s due to anthropogenic CO2 shows that the global sources were 5.43 Gt-C/yr from fossil fuel use and 0.91 Gt-C/yr from deforestation, and the sinks were 3.29 Gt-C/yr in the atmosphere, 0.90 Gt-C/yr in the terrestrial biosphere and 2.15 Gt-C/yr in the ocean. The terrestrial biosphere is currently at zero net exchange with the atmosphere, but carbon is lost via organic carbon runoff to the ocean. The model could be utilized for a variety of studies in CO_2 policy and management, climate modeling, CO2 impacts, and crop models.