현대의 경제적인 번영과 함께 가축 및 유제품에 대한 전 세계적인 수요는 지속하여 증가해왔다. 이에 가축의 광대한 수요는 환경문제를 일으키지 않는 가축 분뇨 처리에 대한 많은 걱정을 불러 일으켰다. 가축 분뇨의 탄소 중립성 때문에 가축 분뇨가 재생 가능한 탄소 원으로서 고려할 때 바이오 연료의 원료로서 가축 분뇨를 이용하는 것은 친환경 적이고 에너지 회수에 있어 지속 가능한 방법이다. 그러므로 가축 분뇨를 처리하는 친환경적이고 효과적인 기술을 고안하는 것은 중요하다. 이러한 관점에서 이산화탄소를 이용한 바이오매스의 열분해가 연구되어져 왔고 이산화탄소가 바이오매스 열분해의 열효율을 증대시킨다는 것이 밝혀졌다. 본 연구는 에너지 회수 뿐 만 아니라 벤젠 유도체의 형성 저감의 관점에서 우분의 열적 분해 동안에 이산화탄소의 역할에 대한 이해에 대하여 주로 다루고 있다. 우선 우분의 열중량분석을 통해 질소와 이산화탄소 조건에서 열적 분해특성을 알아보기 위하여 수행되어졌다. 다음으로 반응 열화학 공정에서 매개체로서 이산화탄소의 도입은 질소대비 일산화탄소의 농도가 향상되었다. 이러한 결과는 이산화탄소에 의해 향상된 열분해로부터 유도되어진 휘발성 유기물질들과 이산화탄소의 직접 반응하는 열적 분해로부터 초래 되었다. 게다가 열분해로부터 발생되어진 타르에서 벤젠 유도체들의 양은 열분해 매개체로서 질소 대신에 이산화탄소를 사용할 때 감소되어졌다. 이러한 연구의 결과는 전통적인 열화학 공정들보다 더 향상된 에너지 회수를 보이고 더 적은 오염 물질들을 방출하는 새로운 방식의 지속가능한 가축 분뇨 처리 방법임을 제시한다.

Green Infrastructure (GI) approach provides significant benefits to cities and communities. GI applications would provide multi-benefits such as the reduction in building energy demand, stormwater management, urban heat island reduction, habitat creation, etc. GI is nowadays considered as a multi-benefit best management practice (BMP) at diverse levels of government. The purpose of this study is to find out the positive effects of GI application, and Geographic Information System (GIS) is used for the accurate and efficient analysis. Two polygon data, ‘GreenRoof’ and ‘ParkingPlace’ are produced with a satellite imagery extracted from Google Earth Pro. These data are used to calculate total available spaces for green roof and permeable pavement in the campus of Chungbuk National University. After GI application in the campus, 13.2% of landcover is converted to green spaces and this change results in expanding the green network of Cheongju city. The result of this study shows that green roof application can absorb 4576.95 kg/yr of Carbon Dioxide and possibly reduce maximum 1,497,600L urban runoff. This study proves how GI is valuable for the city environment with quantitative analyses.

This study investigated the characteristics of variations in carbon dioxide concentration and air temperature with the vertical change of surface in a grassplot. Field observations were carried out at a grassplot in Gyeongnam Science High School, over four days in August and November, 2015. Continuous observation equipment (GMP343, VAISALA) was installed at the LP (0.1 m from the surface) and UP (1.1 m from the surface) points, and the carbon dioxide concentration and air temperature were measured simultaneously at 1-min intervals. To summarize the results of the observation, August had higher than average concentrations of carbon dioxide, while November showed average air temperatures. Moreover, the concentration of carbon dioxide was higher at the UP point, while the air temperature was higher at the LP point. The correlation coefficient of carbon dioxide concentration between the UP and LP points was 0.80 in August across all the four days, while it was higher in November at 0.58 0.95. The results of the regression analysis of carbon dioxide concentration with air temperature changes for both August and November showed a distinct change at the LP point (R2=0.36 0.76), as compared to the UP point (R2=0.1 0.57). Between the UP and LP points, the carbon dioxide concentration and air temperature regression analysis results indicated that an active exchange was taking place between the two points.

현재 사용되고 있는 대표적인 분리막은 다양한 재질로 사용하여 만든 가운데가 빈 가는 실과 같은 중공사막(hallow fiber membrane)이다. 이러한 막의 대표적인 직경은 100㎛, 즉 0.1mm이다. 이는 보통 가정에서 사용하는 실의 굵기의 1/10 정도로 매우 가는 것으로 이러한 실의 다발을 묶어서 모듈로 만들어 이산화탄소를 분리하는 기본 장치로 사용한다. 그러나 일반적으로 분리막을 통과하는 기체의 양이 많아지면 이산화탄소의 상대적인 분리도는 낮아지는 상충적(tradeoff) 경향을 나타낸다. 또한 기존의 가는 분리막은 모듈의 구성과 그 모듈을 이용한 시스템 설계라는 매우 어려운 난제를 해결해야 하고 그 후에도 오염물질에 대한 분리막 장치와 재질의 내구성 문제가 대두되고 있다. 본 연구에서는 활용하고자 하는 튜브형 분리막은 기존의 분리막에 비해 100배 큰 1cm 크기의 직경을 갖고있기 때문에 압력변화 및 유량변화 등에 탄력적으로 적용이 가능하여 투과량이나 분리도 설정과 조절에 용이하다는 점이 절대적으로 유리한 조건으로 작용한다. 본 연구는 다양한 환경기초 시설의 CO2 분리에 적용하기 위한 튜브형 분리막에 대한 기초연구로써 분리막에 대한 이론연구를 수행하고, 분리막의 직경, 길이, 압력을 변수로 하여 각 조건의 최대 유속에서 주입부의 압력에 따른 압력강하와 압력강하에 따른 출구에서의 속도 변화를 고찰하였다. 이 계산은 pip flow calculator라는 상용코드를 이용하여 계산을 수행하였다. 2012년 RTI 실증시스템에서 수행된 최종 연구결과 향후 분리막의 직경을 100㎛에서 150㎛로 50% 증가하고 분리막의 길이를 36인치에서 24인치로 줄이는 것을 강력히 추천한 바 있다. 본 연구의 계산 결과 RTI는 100㎛의 중공사막에 대한 최대 유량으로 0.0001m³/hr의 조건에 압력 4.5기압을 사용하는 경우 압력손실이 0.46기압, 즉 약 10% 정도의 손실이 발생한 반면 유속은 출구에서 약 10% 입구유속보다 증가한 것으로 나타났다. 그러나 권장 직경 150㎛으로 직경을 증가하고 길이를 36인치에서 24인치로 감소한 경우 압력손실은 약 0.056기압으로 나타나 100㎛ 직경일 때 압력손실의 약 1.2%만 발생한 것으로 나타났다. 이와 같이 직경의 증가와 길이의 감소는 압력 강하와 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다. 그러나 직경이 증가할 때 분리막의 단위체적당의 물질전달 면적 감소와 함께 두께가 얇은 분리막 모듈의 제작상의 어려움 등을 동시에 고려해야 할 것이다.

정부의 국가 중기 온실가스 감축목표를 대내외적으로 공표함에 따라 온실가스 감축에 대한 필요성이 절실해져 온실가스 감축을 위한 기술개발이 활발하지만, 정확한 Non-CO2 온실가스 배출량 파악이 어렵고 감축기술에 대한 조사가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 감축기술 적용이 가능한 Non-CO2(N2O) 온실가스 배출원을 파악하고 예상 감축량을 마련하는데 그 목적을 두었다. N2O는 대부분 경제 산업활동의 인위적 요소로 인해 발생하며 1970년 산업혁명 이후 꾸준히 증가하는 추세이다. N2O는 연료 연소(고정연소, 이동연소), 산업공정(질산 제조, 아디프산 제조 및 카프로락탐 제조), 폐기물소각공정에서 주로 발생되고 있다. N2O 온실가스 배출량은 IPCC 가이드라인의 기본 배출계수를 적용하여 산정하였고, 산정값들의 평균증가율을 적용하여 배출량을 2020년까지 전망하였는데, 연료 연소 중 고정연소의 2020년 N2O 배출량은 총 5,230,760 tCO2eq으로 전망되었고 이 중 에너지산업 부문의 배출량 전망치가 50％ 이상을 차지하였다. 이동연소의 N2O 배출량은 2020년 기준으로 총 1,277,739 tCO2eq으로 전망되었고 총 배출량의 90% 이상이 도로수송의 배출량이 차지할 것으로 전망하였다. 폐기물소각과 미산정배출원(SCR/SNCR)의 N2O 배출량은 2020년 기준으로 각각 총 19,419 tCO2eq, 2,546,502 tCO2eq으로 전망되었다.

매립지에서 발생하는 매립가스는 악취를 발생시켜 주변지역 대기환경을 저해하고 있다. 매립가스의 주성분은 온실가스인 이산화탄소(CO2)와 메탄가스(CH4)로 구성되어 있어, 바이오에너지와 같은 대체에너지 생산 기술 등의 연구에 활용되고 있다. 본 연구에서는 가스화 공정에서 발생하는 RDF char를 이용하여 CO2/CH4 개질 반응을 통해 생성되는 합성가스의 주성분인 CO, H2의 생성 특성에 대해 연구하였다. 1023∼1173K의 온도에서 CH4/CO2 ratio는 1.3으로 고정하여 혼합된 CO2와 CH4를 RDF char와 반응시켜 생성되는 H2와 CO의 변화를 측정하였다. 실험 결과에는 반응 온도가 1123K일 때 SUS bed의 CO2 전환율은 3.2%로 나타났으며, 반면 RDF char에서의 CO2 전환율은 81.7%로 나타났다. 이러한 실험결과로 RDF char는 CO2 개질반응에 촉매 역할을 하는 것으로 판단된다. 반응 후 RDF char 성분 분석 결과에 따라 함량이 높은 CaO는 반응전과 후 비슷한 결과를 나타났고 CO2 전환에 영향을 주지 않아 촉매 역할을 하는 Fe2O3나 TiO2에 의한 것으로 판단된다. 산소가 없는 경우에 RDF char에 의한 CO2와 CH4 개질 반응은 온도 증가에 따라 CO2 전환율은 45.3%(1023K)에서 83.16%(1173K)로 증가하였고 CH4 전환율은 10.2%(1023K)에서 27.0%(1173K)로 증가하였다. 또한 산소가 있는 경우는 산소 없는 경우보다 CH4 전환율은 1173K에서 27.0%에서 41.1%로 증가하고 발생가스의 H2 비율은 15.8%에서 22.3%로 증가한 것으로 나타났다. 이는 RDF char에 의해 메탄과 이산화탄소 개질 반응에 Reforming reaction과 Reverse WG shift reaction, Boudouard reaction, Reverse WG shift reaction에 의한 영향을 받는 것으로 판단된다.

The spatial and temporal variations of CO2 concentrations and radiative forcing (RF) due to CO2 were examined at urban center (Yeon-dong) during 2010-2015 and background sites (Gosan) during 2010-2014 on Jeju Island. The RF at the two sites was estimated based on a simplified expression for calculating RF for the study period. Overall, annual mean CO2 concentrations at the Yeon-dong and Gosan sites have gradually increased, and the concentrations were higher at Yeon-dong (401-422 ppm) than at Gosan (398-404 ppm). The maximum CO2 concentrations at the two sites were observed in winter or spring, followed by fall and summer, with higher concentrations at Yeon-dong. The RF at Yeon-dong (annual mean of up to 0.70 W/m2 in 2015) was higher than that at Gosan (up to 0.46 W/m2 in 2014), possibly because of higher CO2 concentrations at Yeon-dong resulting from population growth and human activities (e.g., fossil fuel combustion). The highest monthly mean RFs at Yeon-dong (approximately 0.92 W/m2) and Gosan (0.52 W/m2) were observed in spring 2015 (Yeon-dong) and spring 2013 (Gosan), whereas the lowest RFs (0.17 and 0.31 W/m2, respectively) in fall 2011 (Yeon-dong) and summer in 2012 (Gosan).

Municipal solid waste incinerator (MSWI) fly ash was used for accelerated carbonation via bubbling of gaseous carbon dioxide (CO2) after treatment with sodium hydroxide (NaOH). The influence of alkaline concentration and volumetric flowrate of CO2 was investigated. Experimental results showed that carbonation reduced the leaching of Cu, Pb, Zn, and Cr. The pH of leachate decreased from around 12 to 10.5. The content of soluble chlorides was also decreased after carbonation. Additionally, the application of accelerated carbonation enhanced the sequestration of CO2 from MSW incineration plants. The TG/DSC analysis indicated that MSWI fly ash sequestrated approximately 185 g CO2/kg waste.

We examined the effects of ocean acidification (OA) and eutrophication on the physiology of a red alga, Gracilariopsis chorda, using specimens collected at Wando Island, Korea, in July of 2015. The samples were transported to a laboratory and placed on growth media for treatments involving low or high levels of ammonium (4 μM or 60 μM NH4 +) and low or high pH (7.5 or 8.2). The control treatment used filtered seawater (pH 8.2 and 4 μM NH4 +). All experiments were conducted at 20°C and under a lighting intensity of 80 μmol photons m-2 s-1, with or without an injection of CO2 (pH 7.5). In addition, we calculated rates of respiration under darkness, at a pH of 7.5 and 60 μM NH4 +. Fluctuations in pH as well as the evolution of photosynthetic oxygen and NH4 + uptake rates were monitored for 6 h. The greatest increase in pH levels, from 7.50 to 8.65, occurred in response to 60 μM NH4 +, whereas the largest decrease, from 7.50 to 7.42, was associated with elevated respiration rates. At a pH of 7.5, rates of oxygen evolution were higher (236% saturation) for samples treated with 60 μM NH4 + than for the control (121% saturation). Ammonium uptake was highest at pH 7.5 and 60 μM NH4 +, with a rate of 0.526±0.002 μmol g-1 FW h-1, followed in order by the treatments of pH 8.2/60 μM NH4 +, pH 7.5/4 μM NH4 +, and the control (pH 8.2/4 μM NH4 +). We speculated that the rates of photosynthesis and NH4 + uptake could be enhanced at a higher ammonium concentration and lower pH because CO2 concentrations were increased through greater photosynthetic activity. Therefore, these findings suggest that the physiology of G. chorda populations can be improved by the interaction of optimized CO2 concentrations and an adequate supply of essential nutrients such as ammonium.

Mineral carbonation is one of the safest permanent carbon dioxide sequestration methods. Carbon Capture & Utilization (CCU) is a process that utilizes available resources by removing carbon dioxide in a method of mineral carbonation. It can be applied to industries producing high carbon dioxide emissions. This study aims to investigate the absorption performance of carbon dioxide at high concentrations. Calcium hydroxide suspension was used as an absorbent. In addition, NaOH and Mg(OH)2 were used as additives. Carbon dioxide removal efficiency with NaOH increased from 30% to 90% when the additive amount was increased from 1wt% to 3wt%. In the case of Mg(OH)2, carbon dioxide absorption efficiency was minimal regardless of the additive amount. In addition, the solid byproducts werec onfirmed by X-ray diffraction spectra and SEM images.

Oxidative and thermal degradation of alkanolamines for a promising CO2 capture technology of absorption might cause decrease in CO2 capture efficiency and formation of hazardous byproducts. In this study, characteristics of a representative absorbent of monoehtanolamine (MEA) were examined for a long term operation using a laboratory scale absorption system. An CO2 absorption system with ID 56 mm and absorption zone height 100 cm was developed for the characterization. Absorption solution of 30 wt% MEA was circulated at 100 mL/min to treat air with 15% CO2 and 1 ppm NO at 10 L/min. Temperatures of absorber and stripper were maintained at 40℃ and 120℃, respectively. For the course of 5 weeks continuous operation, MEA concentration was decreased approximately by 70% and CO2 removal efficiency was dropped from 95% to 65%. Ionic byproducts of NH4 +, NO2 -, and NO3 - were accumulated up to 48 g/mL, 0.2 g/mL, and 1.5 g/mL, respectively, tracking the variation of MEA concentration. Formation of various organic byproducts were also observed.

This study was conducted to determine CO2 treatment condition to extend the shelf-life of ‘Seolhyang' strawberry. Fresh strawberries with red color on 80% of the fruit surface were harvested. The samples at two different stages (on the 1st and 3rd day after harvest) were placed in a gas-tight chamber with 0, 5, 15, or 30% CO2 concentration for 3 hours at 4℃. Then, the strawberry samples were immediately packaged in a PET tray and stored at 4℃. The carbon dioxide treatment was effective in maintaining the quality of ‘Seolhyang’ strawberries treated on the 1st day after harvest. These samples had higher firmness, lower redness, softening index, and decay rate compared to samples treated on the 3rd day after harvest. Treatment with both 15 and 30% of CO2 concentration on the 1st day after harvest induced an increase of firmness of ‘Seolhyang’ strawberry after the treatment. Samples treated with 15 and 30% CO2 the 1st day after harvest maintained quality for 10 days. However, samples treated with CO2 on the 3rd day after harvest lost marketability at 10 days of storage. At the atmosphere containing 30% CO2 on the 1st day after harvest was most effective in reducing decay rate and fruit softening, and maintaining bright red color of strawberries among different CO2 concentrations. Therefore, a 30% CO2 treatment within one day after harvest can be a practical postharvest technology to extend shelf-life of ‘Seolhyang’ strawberry.

These days, the development of various pre- and post-combustion techniques has been pursued in order to reduce the emission of CO2 in the fleet of coal-fired power plants, since it is of great importance to each country’s energy production while also being the single largest emitter of CO2. As part of this kind of research efforts, in this study, a novel burning method is tried by the co-burning of the pulverized coal with the stoichiometric mixture of the hydrogen and oxygen (H2+1/2O2) called as HHO. For the investigation of this idea, the commercial computational code (STAR-CCM+) was used to perform a series of calculation for the IFRF (International Flame Research Foundation) coal-fired boiler (Michel and Payne, 1980). In order to verify the code performance, first of all, the experimental data of IFRF has been successfully compared with the calculation data. Further, the calculated data employed with pure coal are compared with the co-burning case for the evaluation of the substituted HHO performance. The reduced amount of coal feeding was fixed to be 30% and the added amount of HHO to produce a similar flame temperature with pure coal combustion was considered as 100% case of HHO addition. This value varies from 100 to 90, 80, 60, 50, 0% in order to see the effect of HHO amount on the performance of pulverized coal-fired combustion with the 30% reduced coal feeding. One of the most important thing found in this study is that the 100% addition of HHO amount shows approximately the same flame shape and temperature with the case of 100% coal combustion, even if the magnitude of the flow velocity differs significantly due to the reduced amount of air oxidizer. This suggests the high possibility of the replacement of the coal fuel with HHO in order to reduce the CO2 emission in pulverized coal-fired power plant. However, an extensive parametric study will be needed in near future, in terms of the reduction amount of coal and HHO addition in order to evaluate the possibility of the HHO replacement for coal in pulverized coal-fired combustion.

This research deals with carbon dioxide utilization using amino acid salt solution. Energy-efficient CCU (carbon capture and utilization) technology in which no thermal desorption step is required was suggested. Waste concrete was considerd as Ca2+ source. (1.5 M potassium glycinate + 0.15 M piperazine) was used. After solution is saturated with carbon dioxide, 25wt% 100 ml of calcium chloride solution to replace Ca2+ from waste concrete in experiment was added. And then, precipitated calcium carbonate (PCC) was formed. As a result of absorption experiments of (1.5 M potassium glycinate + 0.15 M piperazine), CO2 loading value for the first absorption and reabsorption step was 0.7354 and 0.2848 mol CO2/ mol absorbent, respectively. Also, the yield of PCC formation of (1.5 M potassium glycinate + 0.15 M piperazine) was 43.63%. Based on these data, the amount of CO2 reduction was calculated. Calcium carbonate can be classified into calcite, vaterite, and aragonite according to their crystal structures and morphology. XRD and SEM analysis were performed and the result showed that the morphology of produced PCC salt was vaterite.

This study was conducted to serve as the basis for establishing a standard cultivation, which enhances the alternative utilization of pig manure, a major cause of environmental pollution, by finding a means for reducing greenhouse gas emissions for eco-friendly cultivation. In a laboratory, CH4 and CO2 emission patterns were investigated corresponding to incremental pig manure treatments in paddy soil. The emissions peaked 12 to 27 days after manure application in the 100~400% applications. It was found that increasing applications of pig manure resulted an increase in CH4 and CO2 emissions. Additionally, application of more than 150% emitted a larger amount of these gasses than applying chemical fertilizer. However, the test application of 100% pig manure emitted a smaller amount of CH4 and hence Global Warming Potential (GWP) than those emitted by chemical fertilizer. If appropriate amount of fertilization is applied in compliance with the standard application rate, the pig manure may be effective in reducing greenhouse gas emissions and the soil environment made more favorable than with the use of chemical fertilizer.

According to a report ‘2012 Present Condition of National Household Refuse Resource Recovery Facility’, about 582,178 tons/year of household refuse were processed in the incineration plant, and 465,087 tons/year of bottom ash and 117,091 tons/year of fly ash were produced respectively. As incineration ash contains many kind of heavy metals such as soluble salt, copper and lead, it may lead to the leaching potential of heavy metals according to the environmental change, so it requires special care in landfill and recycling. In this study CO2 was injected into the bottom ash, so that environmental stability such as leaching of heavy metals was reduced and increased the possibility of CO2 fixation ability of the bottom ash was analyzed. Bottom ash of the household refuse incineration plant of I City was used as the sample of the fixation ability particle size was divided into 3 sections to analyze its components before and after carbonation using XRF. Stability of the sample was identified by the leaching test through KSLT and TCLP, and CO2 fixation ability by the DT-TGA analysis. Test results of the fixation ability shows that stabilization of the bottom ash produced in the household refuse incineration plant by carbonation is evaluated as there is little environmental problem caused by heavy metals when it is utilized into the recycled aggregate, and economic profits can be expected due to securing new agents of the supply and demand for the recycled aggregates, the greenhouse gas emission reduction by CO2 fixation.

2012년도 ‘전국 생활폐기물 자원회수시설 현황’ 에 따르면 소각장에 약 582,178톤/년의 생활폐기물이 반입되어, 바닥재 465,087톤/년, 비산재 117,091톤/년이 발생된 것으로 나타났다. 소각시설에서 배출되는 소각재는 그레이트 상에 남아있는 재(grate ash)와 그레이트 하단으로 떨어지는 재(grate siftings)가 포함된 바닥재(bottom ash) 그리고 폐열 보일러 재와 배출가스 비산재 및 부산물을 포함하는 비산재로 분류된다. 소각재에는 많은 양의 용해성 염과 구리, 납 등의 중금속을 함유하고 있어 환경의 변화에 따라 2차적으로 높은 중금속의 용출가능성을 초래할 수 있으므로 매립 및 재활용 시 주의가 요구되고 있다. 한편 생활폐기물 소각장에서 발생되는 바닥재는 주로 철, 유리, 도자기 등 재활용 가능한 성분으로 구성되어 있지만 일반폐기물로 분류되어 매립되고 있는 실정이다. 반면에 유럽의 독일, 덴마크, 네덜란드 등은 고형화, 세척, 숙성 등의 처리를 통해 바닥재를 도로 건설의 경량 골재로서 이용하거나 아스팔트 또는 콘크리트에 사용하는 등 발생된 바닥재의 60 ~ 90%를 재이용하고 있다. 본 연구에서는 ‘한국 지질자원 연구원 프론티어 무기성 폐기물의 복합처리를 통한 토건 재료화 연구’ 의 내용을 바탕으로 바닥재로부터의 중금속 용출 저감 등 환경적 안정성을 증진시키기 위한 방법으로서 CO2가스 주입을 통한 바닥재의 안정화 처리를 사용하였다. 이에 따른 중금속의 용출 결과 변화를 우리나라 폐기물 공정법상의 용출 시험법 KSLT(Korea Standard Leaching Test)와 미국 EPA의 TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)에 의해 비교 하였으며, 바닥재 재활용에 의한 토양으로의 중금속 용출 영향을 기존 연구에 추가하여 실시하였다. 또한 온실가스인 CO2가스가 바닥재에 고용되는 효과를 실험에 의해 측정하였으며, 이에 따른 부가가치 가능성을 평가하였다.

미분탄을 연료로 사용하고 있는 발전소는 지구온난화 문제에 따른 이산화탄소를 비롯한 여러 가지 오염물질 배출저감에 대한 압박과 석탄연료 가격 상승 등의 여러 가지 문제에 직면하고 있다. 그래서 석탄청정 기술에 대한 전 세계적인 관심과 더불어 석탄 연소 및 가스화에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다. 석탄연소과정의 연구가 지속적으로 이루어져 왔지만 아직 모든 종류의 석탄에 대한 특정 석탄연소과정의 메카니즘을 일반적으로 적용할 수 있는 모델이 없기 때문에 오늘날도 많은 연구자들이 연구를 하고 있다. 본 연구에서는 미분탄 연소에 대한 이전 일련의 연구결과를 토대로 하여 일차적으로 수치 해석적 방법을 활용하여 실험결과와의 비교 및 모델 검증을 수행하고, 더불어 본 연구실에서 다양한 연소시설에 접목을 시도하고 있는 물 전기분해 가스와의 혼소에 따른 오염물질, 특히 CO2의 배출농도 변화 및 연소로 내부의 열유동 분포 등을 검토하고자 한다. 본 연구에서는 상용 해석 프로그램 STAR-CCM+와 In-house 코드를 이용하여 IFRF(International Flame Research Foundation) 다양한 형상의 보일러에 대하여 일련의 실험데이터와 비교검증을 수행하였다. 실험결과와의 비교를 통한 전산해석 결과의 타당성을 검증한 후 연료중의 석탄 양을 감소시키고 대신 물 전기분해 가스를 일부 사용하여 연료 변화에 따른 연소특성을 평가하고 배출가스 중 CO2의 농도 변화를 관찰하였다. 수치해석 결과를 살펴보면 In house 코드를 활용한 계산 결과는 실험결과와 매우 유사한 온도 분포를 나타내어 수치해석에서 사용한 모델에 대하여 비교적 성공적으로 검증할 수 있었으며, 이를 바탕으로 연료의 성상을 변화시켜 수치해석을 수행하여 의미 있는 결과를 도출할 수 있었다.

대기 중의 이산화탄소(CO2) 농도는 지속적으로 상승하고 있으며 전세계적으로 지구온난화에 대한 관심이 매우 높은 상태이다. 또한 환경 기초시설의 곳곳에서도 온실가스를 방출하는 여러 공정들이 있으며 그중 환경 기초시설인 하폐수처리장 및 매립지 등에서도 메탄과 이산화탄소를 포함하는 다량의 온실가스가 배출되고 있으며 이를 분리 회수하기 위한 다양한 공정에 대한 연구들이 이루어지고 있는 실정이다. 바이오가스를 분리정제하는 공법에는 흡수법(absorption), 흡착법(adsorption), 심냉법(cryogenics) 그리고 막분리법(membrane) 등이 있다. 현재 사용되고 있는 대표적인 분리막은 다양한 재질로 사용하여 만든 가운데가 빈 가는 실과 같은 중공사막(hallow fiber membrane)이다. 이러한 막의 대표적인 직경은 100㎛, 즉 0.1mm이다. 이는 보통 가정에서 사용하는 실의 굵기의 1/10 정도로 매우 가는 것으로 이러한 실의 다발을 묶어서 모듈로 만들어 이산화탄소를 분리하는 기본 장치로 사용한다. 그러나 일반적으로 분리막을 통과하는 기체의 양이 많아지면 이산화탄소의 상대적인 분리도는 낮아지는 상충적(tradeoff) 경향을 나타낸다. 또한 기존의 가는 분리막은 모듈의 구성과 그 모듈을 이용한 시스템 설계라는 매우 어려운 난제를 해결해야 하고 그 후에도 오염물질에 대한 분리막 장치와 재질의 내구성 문제가 대두되고 있다. 본 연구에서는 활용하고자 하는 튜브형 분리막은 기존의 분리막에 비해 100배 큰 1cm 크기의 직경을 갖고 있기 때문에 압력변화 및 유량변화 등에 탄력적으로 적용이 가능하여 투과량이나 분리도 설정과 조절에 용이하다는 점이 절대적으로 유리한 조건으로 작용한다. 본 연구는 다양한 환경기초 시설의 CO2 분리에 적용하기 위한 튜브형 분리막에 대한 기초연구로써 분리막에 대한 이론연구를 수행하고 분리막의 직경 변화 및 배기가스 유량 변화에 따른 압력강하에 대한 다양한 변수연구를 수행하고자 한다. 이러한 자료를 바탕으로 향후 운전조건에 따른 분리막의 투과량(P)와 분리도(S)에 대한 상관관계 및 최적 운전변수를 설정하는데 일조하고자 한다.

최근 화석연료의 부족으로 인해 전 세계적으로 신재생에너지(Renewable Enerygy) 확보에 총력을 기울이고 있으며 특히 풍력, 태양열, 태양광 및 바이오에너지(Bioenergy) 분야에서의 기술개발이 활발히 이루어져 신재생에너지의 공급비중이 증대되고 있는 추세이다. 특히 이러한 신재생에너지 중 혐기성소화에 의해 생산되는 바이오가스(Biogas)는 사료용 옥수수(Sorghum)와 같은 생분해성 유기물(Biodegradable Volatile Solids) 함량이 높은 에너지작물(Energy Crops)과 음식물류 페기물, 음폐수, 가축분뇨와 같은 유기성 폐자원과의 통합 혐기성소화(Anaerobic Co-digestion)를 통해 대규모 바이오가스 플랜트로 건설 및 운영되고 있다. 그러나 생산된 바이오가스는 대략 55 ~ 65%의 CH4와 35 ~ 45%의 CO2 그리고 1% 미만의 Trace Gas를 함유하고 있기 때문에 직접 수용용이나 가정용 연료로 사용할 수 있는 양질의 메탄(>95%)은 아니다. 따라서 바이오가스로부터 CO2 및 Trace Gas를 분리하는 고질화 과정(Biogas Upgrading)을 통해 생산된 바이오메탄(Biomethane)을 가정용 LNG공급망에 직접 주입하거나 수송용 연료로 저장･활용하는 시스템이 확대･보급되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 대량의 고순도메탄 생산을 위해 2상 혐기성소화와 CO2 탈기탑 사이의 Leachate 순환을 통해 CO2 흡수와 탈기를 반복하여 고순도메탄(>95%)을 회수하는 혐기성소화조로부터 직접 고질화 달성이 가능한 시스템을 개발하는데 연구목적을 두고 있다. Sorghum을 주입시료로 하고 기존의 단일 혐기성소화 반응조 대신 상분리 기술을 고순도메탄 회수 System에 도입하여 바이오메탄 대량생산을 시도한 결과, 유기물부하율(Organic Loading Rate, OLR)을 5kg VS/m³-d로 증가하였을 때 고온 메탄 생성조(Phase II)에서의 CH4 함량은 95.4%이었으며, 이 함량을 달성하기 위한 Leachate Recycle Ratio는 6.9L/L CO2, g Alkalinity/L CO2 생산비(Alkalinity/CO2 Ratio, ACR)은 42.8g Alk/L CO2이었다. CH4 생산량은 1.60v/v-d(Biogas Volume/Reactor Volume-day), TVS 제거효율은 70.4%로써 아주 우수한 결과를 보였다. 또한 OLR 10kg VS/m³-d로 증가하였을 때 고온 In-Situ Methane Enrichment System의 Leachate Recycle Ratio 8.7L/L CO2, ACR 65.1g Alk/L CO2 조건에서 Phase II의 CH4 함량은 95.2%이었으며, CH4이 2.44v/v-d가 생성되었고, TVS 제거효율은 58.8% 이었다. 그러나 OLR 15kg VS/m³-d일 때 CH4 함량은 90.8%로써 한국의 바이오메탄 규격에는 미치지 못하였으며, CH4 생산량도 2.09v/v-d로 낮고 TVS 제거효율도 35.9%에 불과하여 반응조 효율과 경제성 측면에서 만족할만한 결과를 얻지 못하였다.