In this study, numerical modeling on the gas flow and off-gases in the low temperature carbonization furnace for carbon fiber was analyzed. The furnace was designed for testing carbonization process of carbon fibers made from various precursors. Nitrogen gas was used as a working gas and it was treated as an incompressible ideal gas. Three-dimensional computational fluid dynamics for steady state turbulent flow was used to analyze flow pattern and temperature field in the furnace. The off-gas mass fraction and cumulative emission gas of species were incorporated into the CFD analyses by using the user defined function(UDF). As a results, during the carbonization process, the emission of CO2 was the dominant among the off-gases, and tow moving made the flow in the furnace be uniform.

Carbon fibers are commonly used in many specialized, high-performance applications such as race cars and aircraft due to their lightweight and high durability. The most important stage in the production of carbon fibers is the carbonization process. During this process, carbon fibers are subjected to high temperatures in the absence of oxygen to prevent fibers from burning. Labyrinth seals are attached to a carbonization furnace to prevent airflow into the furnace and to assist in the elimination of off-gases. This study investigated flow characteristics inside a carbonization furnace and the effects of different geometric parameters of labyrinth seals such as labyrinth tooth shape, number of teeth, and tooth clearance. Varying carbonization furnace operating conditions were also studied in regard to flow behavior, including fiber movement and outlet vacuum pressure. A high working gas flow rate at the furnace inlet resulted in recirculation zones. Properly regulated gas flow from the main and labyrinth inlets enabled uniform flow around the fibers’ inlet and outlet which prevented air from being trapped in the reactor. Flow behavior was minimally effected by changes to labyrinth seal geometry such as tooth length, tooth clearance, and outlet pressure. However, the movement of fibers had a clear effect on flow characteristics in the furnace.

In this study, gas flow pattern and temperature distribution in a laboratory scale low temperature furnace for carbonization were numerically analyzed. The furnace was designed for testing carbonization process of carbon fibers made from polyimide(PI) precursor. Nitrogen gas was used as a working gas and it was treated as an ideal gas. Three-dimensional computational fluid dynamics analysis for steady state turbulent flow was used to analyze flow pattern and temperature field in the furnace. The results showed that more uniform velocity profile and axisymmetric temperature distribution could be obtained by varying mass flow rate at the inlets.

Effects of multi-walled carbon nanotube (MWCNT) type and flow type (shear and elongational flow) on the electrical conductivity of polycarbonate (PC)/MWCNT nanocomposites were investigated. Two different MWCNTs produced a huge difference in electrical conductivity in an injection molded PC/MWCNT nanocomposite. It was observed that MWCNTs having a higher aspect ratio provide much lower electrical conductivity in injection molded PC/MWCNT nanocomposites while the conductivities of compression molded samples from two different MWCNTs were the same. We found that this is due to a difference in the deformability of the two MWCNTs. Nanocomposite samples prepared at a higher extensional rate and shear rate showed lower electrical conductivity. This is attributed to flow induced orientation of the MWCNTs. The experimental results were discussed in relation to variation in the tube–tube contact due to the change of the MWCNT orientation.

Owing to their scalability, flexible operation, and long cycle life, vanadium redox flow batteries (VRFBs) have gained immense attention over the past few years. However, the VRFBs suffer from significant polarization, which decreases their cell efficiency. The activation polarization occurring during vanadium redox reactions greatly affects the overall performance of VRFBs. Therefore, it is imperative to develop electrodes with numerous catalytic sites and a long cycle life. In this study, we synthesized heteroatom-rich carbon-based freestanding papers (H-CFPs) by a facile dispersion and filtration process. The H-CFPs exhibited high specific surface area (~820 m2 g–1) along with a number of redox-active heteroatoms (such as oxygen and nitrogen) and showed high catalytic activity for vanadium redox reactions. The H-CFP electrodes showed excellent electrochemical performance. They showed low anodic and cathodic peak potential separation (ΔEp) values of ~120 mV (positive electrolyte) and ~124 mV (negative electrolyte) in cyclic voltammetry conducted at a scan rate of 5 mV s–1. Hence, the H-CFP-based VRFBs showed significantly reduced polarization.

Capacitive deionization (CDI) process is an emerging process for water desalination. Recently, there has been a major development of architectures in CDI cells using carbon flow electrodes with membrane, called flow-electrode capacitive deionization (FCDI). In FCDI, the advantage is continuous desalination due to the carbon flow electrodes. Numerous research groups dedicated to develop the FCDI process, however, a clear pre-treatment of carbon flow electrodes was not suggested. Study herein, present a clear understanding of effects of pre-treatment of activated carbon based on sonication in the carbon flow electrodes for the basics results with respect to adsorption performance.

PURPOSES : Road sectors contribute approximately 16 % of total GHG emission rates in South Korea. Engineers and experts expend significant efforts to identify countermeasures for the reduction of carbon emission. This study aims to determine how total carbon emission rates change depending on whether or not there is speed limit enforcement.METHODS: In this study, Lamm’s travel speed profile theory is first adopted to select the hazard road, which sections are designated as speed limit enforcement. Second, Motor Vehicle Emission Simulator (MOVES) was used to simulate the carbon emission on the road.RESULTS : The total carbon emission rate under speed limit enforcement was 10,773 g higher than the condition without speed limit enforcement in the designated road. This might affect acceleration, which can lead to increased emissions.CONCLUSIONS : There would be no researches about proving the relationship how speed limit enforcement has an effect on carbon emission. The result of our study can provide valuable guidelines regarding road safety and eco-friendly roads.

PURPOSES: The purpose of this study is to develop a methodology for estimating additional carbon emissions due to freeway incidents. METHODS : As our country grows, our highway policy has mainly neglected the environmental and social sectors. However, with the formation of a national green growth keynote and an increase in the number of people interested in environmental and social issues, problems related to social issues, such as traffic accidents and congestion, and environmental issues, such as the impact of air pollution caused by exhaust gases that are emitted from highway vehicles, are beginning to be discussed. Accordingly, studies have been conducted on a variety of environmental aspects in the field of road transport, and for the quantitative calculation of greenhouse gas emissions, using various methods. However, in order to observe the effects of carbon emissions, microscopic simulations must use many difficult variables such as cost, analysis time, and ease of analysis process. In this study, additional greenhouse gas emissions that occur because of highway traffic accidents were classified by type (incident handling time, number of lanes blocked, freeway level of service), and the annual additional emissions based on incidents were calculated. According to the results, congestion length and emissions tend to increase with an increase in incident clearance time, number of occupied lanes, and worsening level of service. Using this data, we analyzed accident data on the Gyeong-bu Expressway (Yang-Jae IC - Osan IC) for a year. RESULTS : Additional greenhouse gas emissions that occur because of highway traffic accidents were classified by type (incident handling time, number of lanes blocked, freeway level of service) and annual additional emissions caused by accidents were calculated. CONCLUSIONS: In this study, a methodology for estimating carbon emissions due to freeway incidents was developed that incorporates macroscopic flow models. The results of the study are organized in the form of a look-Up table that calculates carbon emissions rather easily.

Multi-walled carbon nanotube (MWCNT)/polycarbonate (PC) nanocomposite was prepared by direct melt mixing to investigate the effect of the shear rate on the surface resistivity of the nanocomposites. In this study, an experiment was carried out to observe the shear induced orientation of the MWCNT in the polymer matrix using a very simple melt flow indexer with various loads. The compression-molded, should be eliminated. MWCNT/PC nanocomposite sample exhibited lower percolation thresholds (at 0.8 vol%) and higher electrical conductivity values than those of samples extruded by capillary and injection molding. Shear induced orientation of MWCNT was observed via scanning electron microscopy, in the direction of flow in a PC matrix during the extrusion process. The surface resistivity rose with increasing shear rate, because of the breakdown of the network junctions between MWCNTs. For real applications such as injection molding and the extrusion process, the amount of the MWCNT in the composite should be carefully selected to adjust the electrical conductivity.

현대사회는 기후변화, 지구 온난화, 생물다양성 감소 등 의 환경문제를 해결하기 위한 일환으로 저탄소사회의 구현 을 지향하고 있으며, 이를 실현시킬 수 있는 저탄소도시가 새로운 패러다임으로 등장하게 되었다(Lee, 2005; Lee, 2012). 저탄소도시는 도시내 탄소 배출량을 감소시키는 것 을 목표로 자원순환, 탄소흡수원 확충, 신재생에너지, 자연 재난예방, 기후계획 등의 다양한 대안을 제시하고 있다 (Koh et al., 2011). 특히 도시내 생태조경공간은 탄소흡수 원으로서의 중요성이 더욱 강조되고 있으며, 이러한 관점에 서 탄소배출을 최소화하여 저탄소사회를 실현가능하게 하 는 요소로 이루어진 저탄소경관의 개념이 등장하게 되었다. 저탄소경관이란 기존 경관의 형성과 관련된 구성자원 중 기후변화, 특히 온실가스인 탄소에 초점을 둔 개념으로 (You et al., 2015), 저탄소경관을 창출하기 위해서는 생태 조경공간 내 시설, 재료, 식재의 탄소흡수와 배출에 대한 복합적인 관계를 시간변화에 따라 동태적으로 파악해야 할 필요가 있다. 옥상습지는 녹지가 부족한 도시에서 탄소를 저감시킬 수 있는 식생, 토양, 습지 등의 요소들로 이루어져 (Lee et al., 2013) 저탄소경관을 창출할 수 있는 공간으로 기대되고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 생태조경공간의 탄소흐름 변화에 대한 시뮬레이션 모형을 구축하기 위해, 저탄소경관 구성자원인 시설, 재료, 식재를 활용하여 옥상 습지 내 탄소흐름구조를 모형화하는 것이다. 본 연구에서는 탄소의 흐름에 대한 구조와 시뮬레이션 모형의 구축을 위해, 탄소흐름현상에 대한 인과순환적 분석 과 시간의 흐름에 따른 시스템의 동태적인 분석이 가능한시스템 다이내믹스(System Dynamics) 이론을 적용하였다 (Williams and Richard, 2010). 본 연구의 절차는 3단계에 걸쳐 이루어졌으며 시뮬레이션 모형을 구축하기 위한 기초 연구를 수행하였다. 첫째, 옥상습지의 시설, 재료, 식재에 따른 탄소흐름구조를 파악하고 시뮬레이션 모형에 활용될 식과 데이터를 수집하였다. 둘째, 시뮬레이션 모형에 사용 될 변수 유형을 저량변수(Stock variable), 유량변수(Flow variable), 보조변수(Converter)로 구분하고 수집한 식과 데 이터를 변수의 유형에 맞춰 분류하였다. 셋째, 분류한 변수 를 바탕으로 전체적인 탄소의 흐름을 모형화하였다. 연구의 공간적 범위는 주변의 낮은 녹지율로 인한 생태네트워크의 단절과 지역주민들이 이용 가능한 야외녹지 시설의 부족으 로 인해 2008년 준공된 서울시 강남구청 본관의 옥상습지 로 한정하였다. 강남구청 옥상의 녹지면적(1,477m2)은 전 체 옥상의 면적(1,799.3m2)중 80% 이상의 공간에 조성되었 으며 옥상습지 내부에는 안내판, 파고라, 벤치, 조명등과 같 은 시설과 습지, 데크, 토양, 잔디와 같은 재료로 구성되어 있으며 교목, 관목, 초본류 등 다양한 수목이 식재되어 있어 탄소흐름의 시스템 구조를 파악하기 위한 대상지로서 적합 하다. 연구의 내용적 범위는 옥상습지를 중심으로 하여 일 어나는 탄소의 흐름으로 한정하였다. 먼저 옥상습지의 시설, 재료, 식재에 따라 시뮬레이션 모 형에 활용될 식과 데이터를 수집하여 분석한 결과는 다음과 같다. 저탄소경관의 구성자원 중 시설에 해당하는 건물에서 탄소를 배출하는 요소는 전력, 수도, 가스 등으로 나타났으 며, 강남구청에서 실제로 구축된 전력, 수도, 가스 사용량에 대한 자료와 2006 IPCC 가이드라인(이하 2006 IPCC G/L) 을 기준으로 사용량과 탄소배출계수를 이용하여 탄소배출 량을 산정하였다(Ahn et al., 2012). 또한 저탄소경관의 구 성자원 중 재료에 해당하는 토양에서 탄소를 흡수하고 저장 하는 요소는 토양 자체로 나타났으며 토양의 탄소저장량도 건물에서의 탄소배출량과 마찬가지로 2006 IPCC G/L에 의거하여 토지이용, 관리체계, 유기물 투입에 대한 계수들 과 각 지목의 면적을 곱하여 산정하였다(Hwang et al., 2014). 마지막으로 강남구청 옥상습지의 식재는 소나무, 황 금측백 등의 상록교목과 산수유, 자작나무, 청단풍, 홍단풍 등의 낙엽교목, 눈향나무, 영산홍, 회양목 등의 상록관목과 등나무, 병꽃나무, 백당나무, 산수국, 조팝나무, 황매화 등의낙엽관목 등으로 구성되어 있었다. 식재의 탄소 흡수와 배 출에 관한 식은 기존 교목과 관목류의 수목들을 토대로 임 목축적을 기초로 하거나 상대성장식을 활용하는 방법, 흉고 직경 또는 근원직경을 이용하여 다양하게 탄소저장량이나 흡수량을 산정하는 방법이 있지만, 본 연구에서는 수목의 흉고직경, 근원직경 및 개체수를 이용하여 수목의 탄소흡수 량과 저장량을 산정하였다(Park, 2009; Hwang and Park, 2011). 이후 탄소흐름의 식과 계수를 추정하여 시뮬레이션 모형을 구축하기 위해 시설, 재료, 식재의 변수들을 저량변 수(Stock variable), 유량변수(Flow variable), 보조변수 (Converter)로 구분하였다. 대기 중의 탄소량과 토양에 저 장되는 탄소량, 그리고 식물이 저장하는 탄소량은 물리적으 로 축적이 계속 이루어지므로 저량변수(Stock variable)로 설정하였으며, 건물에서 배출되는 탄소량과 토양과 식생이 흡수하거나 저장하는 탄소량의 변화는 물리적인 축적이 일 어나게 하는 흐름이므로 유량변수(Flow variable)로 설정하 였다. 마지막으로 이러한 흐름변수를 결정짓는 계수나 상수 등의 값들은 보조변수(Converter)로 설정하였다. 이를 통해 강남구청 옥상습지의 시설, 재료, 식재의 탄소흐름 관계 파 악을 위한 변수들 간의 관계를 통합하여 옥상습지 전체의 탄소흐름을 모형화하였다. 본 연구는 생태조경공간인 강남구청 본관 옥상습지에서 저탄소경관 구성자원인 시설, 재료, 식재의 탄소흐름과 그 변수에 투입될 식 또는 계수를 탐색하여 탄소흐름 시뮬레이 션 모형 구축을 위한 기초연구를 수행하였다. 이를 위해 옥 상습지 시설의 탄소 배출량에 대한 산정식을 파악하였고 재료에 해당하는 토양의 탄소 흡수량 및 저장량과 옥상습지 식생의 탄소 흡수량과 저장량을 산정하였다. 아울러 시설, 재료, 식재와 같은 단일 구성자원들 간의 관계를 하나의 모 델로 통합하여 시간에 따른 변화 양상에 대한 모형을 구축 하기 위한 기초연구를 진행하였다는데 의의가 있다. 향후, 본 연구에서 구축한 기초모델에 대한 타당성 검토를 통해 탄소의 흐름이나 패턴, 변화가 모델에서 적절하게 구현되었 는지에 대한 검증작업을 수행할 예정이다. 궁극적으로는 옥 상습지의 탄소흐름 모델링을 통해 저탄소경관 창출을 위한 디자인요소를 개발할 수 있을 것으로 기대한다.

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.

대향류 메탄/수소 확산화염을 통해 탄소나노튜브와 탄소나노섬유를 합성하였다. 탄소나노튜브 합성을 위한 촉매금속으로는 페로션을 활용하였고 샘플링을 위해 구리기판을 사용하였다. 본 실험에서 주요한 실험의 변수는 수소의 비율과 샘플링 위치이다. 그 결과, 연료중 수소의 비율이 증가하고 샘플링 위치와 버너측 노즐사이의 거리가 멀어질수록 탄소나노튜브가 다량 합성되었다.

배기가스로부터 폴리이서술폰 분리막을 이용하여 이산화탄소 분리 특성을 수치해석 방법으로 분석하였다. 공급 기체와 투과 기체가 서로 다른 방향으로 흐르는 향류 흐름 시스템에 대한 분리막 공정 지배 방정식을 유한 차분법으로 전개하였으며 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 이용 공정 모사하였다. 개발된 프로그램을 사용하여 수치해석을 수행한 결과 이산화탄소 투과특성에 영향을 주는 가장 중요한 인자로는 이산화탄소 투과 구동력과 체류시간임을 알 수 있었다. 동일한 조건에서 향류 흐름 공정모사에 의한 투과 측 이산화탄소 농도와 투과량은 병류 흐름 공정모사 결과보다 소폭 증가함을 확인하였다.

이산화탄소에 대한 가소화 안정성 및 이산화탄소/질소의 분리특성이 탁월한 폴리이서술폰(PES)중공사 분리막에 의한 이산화탄소 분리특성을 수치해석으로 알아보고자 하였다. 공정변수에 따른 이산화탄소 분리 거동을 예측하기 위하여 공급 기체와 투과기체가 같은 방향으로 흐르는 병류 흐름에 대한 분리막 공정 지배 방정식을 5차 Runge-Kutta-Verner 방법을 사용하여 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 이용 공정모사 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램을 사용하여 수치해석을 수행한 결과, 이산화탄소 투과특성에 영향을 주는 가장 중요한 인자로서 공급 이산화탄소 분압, 투과측과 분리막 내부의 압력비 그리고 공급 기체가 분리막 내부에 머무르는 체류 시간임을 알 수 있었다.

Aligned multi-wall carbon nanotubes (MWNTs) were synthesized through the catalytic decomposition of hydrocarbons in a quartz tube reactor. In this study, we investigated the influence of gas flow rate of feedstock on the structure and growth rate of vertically aligned carbon nanotubes produced by the floating catalyst method. As the flow rate of feedstock increased, the nanotube diameter became smaller and the length became longer. Although the growth rate also increased with the raise of flow rate, the optimum flow rate of feedstock existed for the crystallinity of carbon nanotubes.

All-vanadium redox flow battery(VRFB) has been studied actively as one of the most promising electrochemical energy storage systems for a wide range of applications such as electric vehicles, photovoltaic arrays, and excess power generated by electric power plants at night time. CPCS has been shown to have the characteristics as an excellent current collector for VRFB and electrochemical properties of specific resistivity 0.31 Ω cm, which were composed of G-1028 80 wt%, PVC 10 wt%, DBP 5 wt% and FS 5 wt%. Energy efficiencies of VRFB with the CPCE and the existing electrode assembly were 84.14 % and 77.24 % respectively, in charge/discharge experiments at constant current of 200 mA, and the CPCE was confirmed to be suitable as the electrode of VRFB.

Graphene oxide (GO)-titania composites have emerged as an attractive heterogeneous photocatalyst that can enhance the photocatalytic activity of TiO2 nanoparticles owing to their potential interaction of electronic and adsorption natures. Accordingly, TiO2-GO mixtures were synthesized in this study using a simple chemical mixing process, and their heterogeneous photocatalytic activities were investigated to determine the degradation of airborne organic pollutants (benzene, ethyl benzene, and o-xylene (BEX)) under different operational conditions. The Fourier transform infrared spectroscopy results demonstrated the presence of GO for the TiO2-GO composites. The average efficiencies of the TiO2-GO mixtures for the decomposition of each component of BEX determined during the 3-h photocatalytic processes were 26%, 92%, and 96%, respectively, whereas the average efficiencies of the unmodified TiO2 powder were 3%, 8%, and 10%, respectively. Furthermore, the degradation efficiency of the unmodified TiO2 powder for all target compounds decreased during the 3-h photocatalytic processes, suggesting a potential deactivation even during such a short time period. Two operational conditions (air flow entering into the air-cleaning devices and the indoor pollution levels) were found to be important factors for the photocatalytic decomposition of BEX molecules. Taken together, these results show that a TiO2-GO mixture can be applied effectively for the purification of airborne organic pollutants when the operating conditions are optimized.

The simulated dyes solution containing Basic Red 46(BR 46), Yellow 21(Y 21), and Maxilon Blue 30(MB 30) were electrochemically oxidized using carbon fiber as an anode. The electrolyses were performed in a electrolytic flow cell constructed by Vycor glass tube. The carbon fiber was positioned in the inside of Vycor glass tube and platinum wire coiled around outside of tube as a cathode. Several operating variables, such as current, time, pH and flow rate of solution were studied. Increasing current density would lead to a corresponding increase in the dye removal efficiency 99.2 % at a 200 mA. The electrolyses time could also improve and removal efficiency was about 99 % after 1.5 hours of electrolyses. The removal efficiency was increased with the increase of flow rate of solution and optimum flow rate was 5 mL/min. THe pHs of solution affect the removal efficiency. The removal efficiency was decreased with the increase of pH of solution and optimum pH was 5.05 (0.1 M KNO3).