전해제련 공정은 수용액 전해조에 전극을 담그고 일정한 전류 혹은 전압을 가하여 수용액 속의 이온을 금속으로 추출하는 공정으로, 제조 경비 중 전력비 비중이 높은 대표적인 에너지 다소비산업이다. 대표적 전해제련 생산품인 아연은 최근 국제가격 하향안정화 추세로 국내기업의 글로벌 시장경쟁력 악화가 예상되며 이에 따른 가격 경쟁력 확보 필요성이 증가되고 있다. 아연 가격 경쟁력 확보를 위하여 아연 생산원가의 24~26%(400~440천원/톤)에 해당하는 전력비용 절감 가능한 기술 개발이 시급하며, 이는 에너지 절감 및 온실가스 저감 문제 대응이 동시에 가능하다. 따라서, 본 연구에서는 아연제련 시 과다한 전력비용과 단수명이 문제 되는 1세대 양극(Pb 전극)의 단점을 해결할 뿐만 아니라 전극 및 전기화학 시스템을 개발 적용하여 소비전력을 절감 할 수 있는 방안을 모색하였다.

온실 효과로 인한 지구온난화 현상은 전세계적으로 문제가 되고 있고, 온실효과를 일으키는 주원인은 온실가스이다. 온실 가스는 에너지 분야에서 가장 많이 배출되며, 2014년 기준 배출량의 86.8%를 차지한다. 배출 국가 온실가스 감축 의무부담에 관한 대응을 위해 에너지 사용 절감에 대한 전략이 동반되어 짐으로서, 에너지 절감 기술 및 소재 개발이 필요시 되었다. 국내 에너지 다소비 산업의 하나인 전해제련 공정 또한 여기서 벗어나지 못한다. 전해제련 공정은 수용액 전해조에 전극을 담그고 일정한 전류 혹은 전압을 가하여 수용액 속의 이온을 금속으로 석출하는 공정으로, 제조경비 중 전력비 비중이 높은 대표적인 에너지 다소비산업이다. 대표적 전해제련 생산품인 아연(Zn)은 최근 국제가격 하향안정화 추세로 국내기업의 글로벌 시장경쟁력 악화가 예상되며 이에 따른 가격 경쟁력 확보 필요성이 증가하였다. 본 연구에서는 Ir-Ta-Sn-Pd/Ti 전극을 이용해 아연 전해제련 시 사용되는 Pb 전극과 비교 하였고, 전류 밀도 500A/m2 조건에서 전위차 변화를 통해 전력소비 감소량을 예측하였다. 또한 아연 회수량 및 전극 표면 부식성 또한 관찰하여 Pb 전극 대체 효과를 확인하였다.

Recently, production of sewage and wastewater sludge have increased sharply with the population density and related industrial activity. As a result, studies of sludge treatment and reduction have been conducted and a pre-treatment method that uses thermal hydrolysis has emerged as a solution to this problem. To address problems with the thermal hydrolysis pre-treatment process, the deaeration and nitrogen recovery processes have been set up together, thus generating factors that inhibit dewaterability. In this study, the effect of pre-treatment, deaerated sludge on dewaterability-inhibiting factors (pH, temperature, aeration rate) was evaluated and alternative solutions were prepared. First, the dewaterability improvement effect increased rapidly at 190°C or higher when thermal hydrolysis pre-treatment was applied. Then, 1 L of thermal hydrolysis pre-treatment reactants at 190°C were injected into 1, 5, and 10 L/min air flows at 50°C, but no significant difference in capillary suction time (CST) or time to filter (TTF) was found. The dewaterability improved when the temperatures of the pre-treatment reactants varied between 30, 50, and 70°C under aeration at 5 L/min. However, when the pH was increased to 7, 9, or 11 at 5 L/min and 50°C, the dewaterability worsened by at least 10 times relative to the hydrolysis pre-treatment reactants. The zeta potential decreased from -30 mV to -50 mV as the pH increased. Thus, the stabilities and dispersities of the reactants increased due to the repulsive force of the particles. This was confirmed to be the cause of poor dewaterability. A coagulant can be used to solve to this problem, or the deaeration process can be placed after solid-liquid separation and the heat of thermal hydrolysis can be extracted via heat exchanger.

가축분뇨내 함유된 총 질소 농도는 3,000~6,000 mg/L 수준이며 이중 80%이상이 암모니아성 질소로 존재하기 때문에 호기성 액비화 과정에서 질산화 처리시간이 길고 탈질과정에서 탄소원의 부족 현상이 발생하여 정화처리가 용이하지 않다. 공동자원화 설비에서 현재 운영 중인 가축분뇨의 질소 변화특성을 살펴보면 농도 변화폭이 크고 이에 따른 대응 가능한 처리 및 회수 기술이 필요하다. 기존 암모니아 탈기법은 전통적인 암모니아 회수방법이나 pH를 10.5이상 유지시키면서 20℃에서의 공기요구량이 2,400 m³-air/m³-water 필요하여 운전비용이 15,000원/톤을 초과하기 때문에 경제성이 낮다. 최근 이온교환율이 높은 흡착제를 이용하는 회수기술이 개발 중이나 가축분뇨에 함유된 암모니아의 농도가 높기 때문에 흡착제를 재생하는 과정에서 16,000 원/톤 이상의 재생약품비용이 소비된다. 이에 본 연구에서는 가축분뇨 내에 존재하는 암모니아를 50% 회수함으로써 경제성을 증가 시키고 공정에서 발생하는 악취 문제를 2차적으로 해결함으로써 부가적인 효율을 증대시킬 수 있다. 또한 회수된 암모니아를 이용하여 암모니아수, 황산암모늄 등 암모니아화합물을 제조하여 제품화함으로써 부가가치를 창출할 수 있어 시설 투자비와 운전비 대비 부가가치 창출을 기대할 수 있다. 이에 실험실 규모 및 pilot 규모에서의 50% 암모니아 회수 최적 조건과 회수된 암모니아를 이용하여 암모니아화합물 생성 최적 조건을 도출하였으며 이를 토대로 30 톤/일 규모의 실증플랜트 설계를 최적화하였다.

유기성폐기물 내 존재하는 질소를 회수하여 재이용 또는 재활용 하기 위하여 암모니아탈기 방법을 이용한 질소회수 효율 확보 방안을 연구하였다. 고농도 암모니아 함유 폐수에서(매립장 침출수, 식품폐수, 축산폐수 등) 목적으로 암모니아회수를 위한 탈기 기술 개발사례가 있으며 주로 탈기효율을 높임으로서 동력비용을 절감하는 목적으로 개발되었다. 따라서 암모니아 탈기 운영에서 60%이상을 차지하는 pH조절용 약품비용 절감을 위한 기술이 보급되어야 실질적인 상용화 및 보급이 활발해 질 것으로 판단된다. 암모니아 탈기 시 소요되는 공기는 입자성오염원이 존재할 경우 산소전달의 방해인자로 작용하기 때문에 이를 비교 평가하기 위해 고액분리 전･후를 비교 평가하여 이에 따른 탈기 효율 변화를 관찰하였으며 또한 pH에 따른 적정 NH3 /NH4 비율을 선정하여 pH조정용 약품비용 절감을 통해 경제성을 확보 하였다. 탈기 시 온도가 20℃일 때 소요되는 이론적 공기량은 2,400 L-air/L-water이나 70℃일 때는 이보다 약 10배 감소한 262 L-air/L-water 나타낸다. 이에 온도조건 변화를 통해 탈기 공정에서 대부분의 동력비를 소모하는 공기 주입량 절감을 위한 최적 방안을 도출하였다.

가축분뇨의 퇴/액비를 통한 자원화는 경종농가에서의 화학비료 사용으로 인한 양분집적 문제가 발생하고 있다. 따라서 가축분뇨 및 공동자원화시설과 연계한 질소 회수 기술 개발 및 적용을 통해 지역별 양분관리 기술 제공 및 양분총량제에 대응한 가축분뇨 자원화 기술 제공이 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 가축분뇨 내에 존재하는 암모니아를 50% 회수함으로써 경제성을 증가 시키고 공정에서 발생하는 악취 문제를 2차적으로 해결함으로써 부가적인 효율을 증대시킬 수 있다. 또한 회수된 암모니아를 이용하여 암모니아수, 황산암모늄 등 암모니아화합물을 제조하여 제품화함으로써 부가가치를 창출할 수 있어 시설 투자비와 운전비 대비 부가가치 창출을 기대할 수 있다. 이에 실험실 규모에서의 50% 암모니아 회수 최적 조건과 회수된 암모니아를 이용하여 암모니아화합물 생성 최적 조건을 도출하였다.

런던협약에 의해 해양투기로 대부분이 처리되던 폐기물은 금지되면서 감량화 및 자원화를 고려하게 되었다. 국내의 가축 도축량은 계속해서 늘어나고 있다. 그래서 발생되는 도축 폐기물의 양 또한 늘어나게 되었다. 돼지, 닭, 소 등 가축의 가공 후 발생된 폐기물은 유기성폐기물로 하수슬러지 및 음식물쓰레기처럼 수분을 많이 함유 하고 있어 감량화 및 자원화에 어려움이 많다. 따라서 본 연구에서는 반응온도별로 수열탄화의 특성을 평가하였고, 고형물의 상호관계를 파악하여 감량화 및 에너지화에 대한 효율성을 평가하였다. 그 결과 반응온도가 증가할수록 탈수성 증가 및 고형물의 물리적형태 변화에 따라 감량화율이 높아졌고, 높은 에너지화율을 나타내었다.

흑색 P E. film 피복과 노지재배에서 초당옥수수를 원하는 시기에 수확할 수 있는 파종기를 결정하는 방법을 찾기 위하여 "Cambella-90"을 4월 1일에서 6월 30일까지 10일 간격으로 파종한 후 파종기와 관계없이 파종에서 수확까지 생육기간을 일정하게 나타낼 수 있는 GDD 모델과 기준온도를 설정하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1, 초당옥수수의 생육기간은 파종기에 따라 흑색 P. E. film 피복에서는 64~93 일, 노지에서는 66~97 일로 파종기간 CV는 각각 13.8 및 14.2%이었다. 그러나 생육기간을 GDD로 표시하면 최적 기준온도를 적용하였을 때 파종기간 GDD의 CV는 모델에 따라 흑색 P. E. film 피복에서는 1.1~2.4% , 노지에서는 1.5~1.8% 이었다. 2. 초당옥수수의 생육기간을 나타내는 가장 적합한 GDD 모델은 파종에서 수확까지 일 최고기온과 최저기온을 합하여 2로 나눈 후 기준온도를 빼서 GDD를 계산하되 일 최고 기온이 30℃ 가 넘을 때는 일 최고기온에서 30℃ 를 넘는 만큼 30℃ 에서 빼어 그 값을 최고기온으로 대치하고, 최저기온이 기준온도 이하일 때는 기준온도로 대치하여 계산하는 방법이었다. 이때 기준온도는 흑색 P. E. film 피복에서는 9℃ , 노지재배에서는 10℃ 이었다. 3. 원하는 시기에 수확하기 위한 파종기를 결정하기 위해서는 그 지역의 누적 GDD표를 만들고, 수확 예정일의 누적 GDD에서 그 품종의 GDD를 빼서 그 GDD에 해당되는 일자를 선택하면 된다

초당옥수수의 수확기 분산을 위한 파종기에 따른 적정재식밀도를 규정하기 위하여 경북 경산에서 "Cambella 90"을 흑색 P E. film 피복하여 파종기 4월 1일, 5월 1일, 6월 1일, 재식밀도를 3,500, 4,500, 5,500, 6,500, 7,500주/10a 조건에서 파종하여 생육과 이삭특성 및 상품성 있는 이삭수를 조사한 결과를 하면 다음과 같다. 1. 출아율과 입묘율은 4월 1일 파종기에서 낮았고, 재식밀도 간에는 차이가 없었다. 간장과 착수고는 5월 1일 파종에서 가장 높았으며, 재식밀도가 높을수록 증가하였다. 2. 분얼수는 파종기가 빠를수록, 재식밀도가 낮을수록 증가하였다. 출사기는 파종기가 한 달씩 늦어질수록 각각 15 및 22일 지연되었고, 재식밀도 간에는 차이가 없었다. 3. Brix 당도는 5월 1일 파종기에서 가장 높았고, 재식밀도가 낮을수록 당도가 높았다. 4. 파종기가 늦을수록, 재식 밀도가 증가할수록 이삭장, 착립장, 이삭경, 이삭중이 모두 감소하였다. 착립장과 이삭중과는 정의 상관이 있었으나 파종기가 다를 때는 같은 착립장에서도 이삭중의 변이가 커서 이삭의 품질은 이삭중으로 나타내는 것이 타당하였다. 5. 초당옥수수의 적정 재식밀도는 중품(200~300g) 과 상품 (300 g)의 상품성 있는 이삭수를 4,000개/10a를 목표로 하여 4월 1일 파종에서는 낮은 출아율을 고려한 6,500~7,500주/10a , 5월 1일 파종에서는 5,500~6,500 주, 6월 1일 이후의 파종에서는 6,500주이었다.

남부지방에서 초당옥수수의 경제적 재배한계기를 결정하기 위하여 경북 경산에서 "Cambella 90"을 2003년과 2004년 4월 1일부터 10일 간격으로 흑색 P E. film 피복과 노지에서 파종한 후 지온, 생육 및 자수특성을 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 일 최고지온은 흑색 P. E. film 피복에서 노지보다 낮았지만 최저지온은 높았고, 토양수분은 흑색 P. E. film 피복에서 노지보다 적습수준을 유지하였다. 2. 출아율, 입묘율, 간장 및 상품성 있는 자수수는 흑색 P. E. film 피복에서 노지에서보다 높았다. 3. 파종기가 지연될수록 생육기간이 단축되었다. 흑색 P. E. film 피복에서 노지보다 출수기가 빨랐고, 그 정도는 파종기가 빠를수록 더 컸으며, 수확기의 분포는 3~5 일이었다. 4. 초당옥수수 "Cambella 90"의 경제적 조파한계기는 4월 초순, 만파한계기는 6월 20일 경이었다.

단옥수수와 초당옥수수 종자의 활력을 높일 수 있는 탈곡방법을 알기 위하여 단옥수수(EarlySunglow×GCB70 )와 초당옥수수(Xtrasweet82×Fortune ) 종자의 수분함량을 12, 15, 18, 21%로 건조한 후 손과 전기 탈곡기로 탈곡하여 25℃ 발아율, cold test에서 출아율, 당 및 전해질 누출, α-amylase 활성 등 종자특성을 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 손 탈곡은 종자수분 함량에 관계없이 기계적 상처가 없었으나 기계 탈곡할 때 종자의 상처를 줄일 수 있는 수분함량은 단옥수수는 15~21% , 초당옥수수는 12~21% 이었다. 2. Cold test에서 출아율은 종자수분 함량에 관계없이 손 탈곡한 종자가 기계 탈곡한 종자보다 단옥수수는 6~14% , 초당옥수수는 9~18% 높았다. 3. 단옥수수는 25℃ 발아율과 cold test 출아율과 정의 상관이 있었으나 초당옥수수는 관계가 없었다. 단옥수수와 초당옥수수의 cold test에서 출아율은 침종 시 당 누출과는 부의 상관, α-amylase 활성과는 정의 상관이 있었다. 4. 기계 탈곡 시 25℃ 에서 상처립 비율, 발아율, cold test에서 출아율, 당과 전해질 누출량, α-amylase 활성을 고려한 적정 종자수분 함량은 단옥수수는 15%, 초당옥수수는 12%이었다.

단옥수수와 초당옥수수 종자의 활력을 높일 수 있는 저장 방법을 알기 위하여 단옥수수(Early Sunglow × Golden Cross Bantam 70)와 초당옥수수(Xtrasweet 82 × Fortune) 종자를 온도(5 및 15℃ )와 상대습도(70 및 85%)가 다른 조건에서 10개월간 저장한 후 종자 특성의 변화를 보면 다음과 같다. 1. 종자활력은 초당옥수수가 단옥수수보다 더 빨리 저하되었으며, 초당옥수수가 단옥수수보다 더 낮은 저장온도와 상대습도가 요구되었다. 2. 단옥수수는 저장조건과 저장기간에 따른 cold test에서 출아율이 25℃ 에서 발아율보다 약간 낮았으나 경향은 같았고, 초당옥수수는 cold test에서 출아율이 25℃ 에서 발아율보다 현저히 낮았다. 3. 단옥수수와 초당옥수수 모두 발아율과 저온처리 후 출아율과는 정의 상관이 있었으나 초당옥수수는 관계가 적었다. 그래서 초당옥수수의 포장 출아율을 추정하기 위하여 반드시 저온처리 후 출아율 검정이 필요하였다. 4. 단옥수수는 모든 저장조건에서 5개월간은 종자활력이 저하되지 않았으나, 초당옥수수는 5℃ , RH 70%에서 활력이 유지되었다. 5. 단옥수수에서는 종자활력과 침종시 종자의 당 누출, 전해질 누출 및 α-amylase 활성과는 상관이 없었다. 반면 초당옥수수에서는 종자활력과 α-amylase 활성과는 정의 상관이, 침종 시 종자의 전해질 누출과는 부의 상관이 있었으나 당 누출과는 상관이 없었다