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- 저자 : 정법묵 ( Bup-mook Jung ) (검색결과 6 건)
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유기질 상변화 물질을 이용한 0.1Gcal급 열저장 시스템의 운전 특성
정법묵 ( Bup-mook Jeong ),박동규 ( Dong-kyoo Park ),구재회 ( Jae-hoi Gu ),노광두 ( Kyang-du Noh ),안중언 ( Jung-eon Ahn ),김동철 ( Dong-chul Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
과도한 화석연료 의존에 따른 지구온난화, 오존층 파괴, 환경오염 등의 문제가 범세계적 공동대처과제로 대두되고 있다. 국내의 경우 총 에너지소비의 약 26%가 증기, 온수, 배기가스 형태의 폐열로 버려지고 있으며, 이러한 형태의 저품질폐열을 회수 및 이용함으로써 화석에너지 대체 및 그에 따른 환경영향을 개선할 수 있다. 최근 저품질폐열을 활용하기 위한 방안으로 폐열에너지를 저장, 변환 및 이용하는 축열시스템 개발연구가 각광받고 있으며, 미국, 독일 및 일본을 중심으로 개발되어 적용되고 있다. 그에 반해 국내에서는 아직 연구단계에 그치고 있으며, 실용화되지 못하고 있는 실정이다. 폐열을 회수하여 저장하는 축열 시스템은 크게 현열을 이용하는 시스템과 잠열을 이용하는 시스템으로 구분할 수 있다. 축열 물질의 상변화를 통한 잠열을 이용할 경우 현열 효과에 비해 더 많은 열량을 저장할 수 있고 에너지밀도가 높다는 특징을 가진다. 이에 다량의 폐열이 발생하는 석유 플랜트 및 발전 플랜트 등 다양한 공정 폐열에 적용할 수 있다. 이와 더불어 상변화 현상을 이용할 경우 열의 저장 및 활용에 있어 온도변화가 없다는 특징을 가진다. 이러한 온도를 일정하게 유지할 수 있다는 특징은 대형 플랜트 외, 전자장비 및 기기의 발열 방지용 냉각 분야, 항온에 의한 쾌적성 유지를 위한 직물, 섬유, 의류 분양 등과 같은 다양한 범위에 걸쳐 적용될 수 있다. 본 연구에서는 핀튜브 타입의 48개의 Mudule이 설치된 PCM 저장장치를 이용해 실험하였다. PCM 물질은 유기계 상변화 물질을 선정하여 사용하였으며 선정물질의 상변화 온도는 68 ~ 71℃로 나타났다. 축열 및 방열을 위한 열전달 매체로 저압 스팀 및 공기를 각각의 공정에 직접 사용하였으며 각각의 운전조건에서 내부 온도분포, 축/방열량 그리고 열전달 시간 및 효율 등 유기질 상변화 물질의 축열 및 방열 특성에 대하여 고찰하였다. 3 kgf/㎠의 포화 수증기를 축열 매체로 공급하였으며, 1.23시간 동안 총 0.173 Gcal의 열량을 축열할 수 있었다. 이때 PCM 물질에 의한 축열량은 전체 열량의 60.5%인 0.105 Gcal로 나타났으며, 그 외 0.068 Gcal는 시스템을 구성하는 구조물의 현열효과로 나타났다. 공기를 직접 이용하여 방열 운전한 결과, 일정 공기 유량 335 ㎥/hr 조건에서 출구 공기 온도 50℃ 기준으로 대략 42시간 동안 3,119 kcal/hr의 속도로 방열되어 축열량의 75%에 해당하는 0.1298 Gcal를 방열할 수 있었다. 이와 같은 결과를 토대로 축열에 소요되는 시간을 줄이고 방열효율을 높일 수 있는 성능 최적화에 대한 추가적인 연구가 진행 중에 있다. 사사: 본 연구는 2018년도 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 과제니다. (No.20162010104620)
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저품위 스팀을 이용한 유기질 상변화 물질의 축열 및 방열 특성
김동주 ( Dong-ju Kim ),정법묵 ( Bup-mook Jeong ),박동규 ( Dong-kyoo Park ),구재회 ( Jae-hoi Gu ),노광두 ( Kyang-du Noh ),안중언 ( Jung-an Ahn ),김동철 ( Dong-chul Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
전 세계적으로 연료 및 발전단가의 상승으로 인해 미활용 산업 폐열의 이용기술에 대한 관심이 커지고 있다. 이와 함께 폐열회수 시장 역시 2017년에서 2021년까지 연평균 6.74%의 성장률로 성장할 전망이다. 하지만 발전소 및 산업체에서 발생되는 300℃ 이하 중ㆍ저온 폐열의 경우 기존 기술을 이용한 회수 및 활용에 경제성 및 수요처 부족의 한계가 있어 대부분 폐기되고 있는 실정이다. 국내 산업 폐기물 처리업체의 경우 발생되는 전체 폐열량의 이용율은 약 38% 수준에 그치고 있다. 이와 같이 대부분 폐기되는 저품위 폐열의 이용율을 높이기 위한 방안으로 유기랭킨 사이클 발전 및 열전발전 그리고 상변화 물질 또는 화학축열 기반의 열저장 시스템 개발 기술이 각광받고 있다. 상변화 물질 기반의 열저장 기술은 미국, 독일 및 일본을 중심으로 개발되어 적용되고 있으며 국내에서는 아직 실용화되지 못하고 있다. 본 연구에서는 Pin Tube 타입의 Single Module 축/방열 테스트 장치를 제작하여 내부 온도분포, 축/방열량 그리고 열전달 시간 및 효율 등 유기질 상변화 물질의 축열 및 방열 특성에 대하여 고찰하였다. 선정된 유기질 상변화 물질의 상변화 온도는 68~71℃로서 축열 및 방열을 위한 열전달 매체로 저압 스팀 및 공기를 각각의 공정에 직접 사용하였다. 스팀을 통한 축열의 경우 산업체에서 발생하는 대부분의 폐열이 스팀의 형태로 배출되고 있으며 별도의 열교환기 없이 배출되는 스팀을 직접 사용할 수 있어 폐열회수율을 높일 수 있다. 본 연구에서는 0.5~3.0 kgf/cm2의 포화 수증기를 이용하였으며, 3.0 kgf/cm2 조건에서 대략 4,114 kcal의 열량을 90분 이내로 축열할 수 있었다. 공기를 직접 이용하는 방열운전의 경우, 별도의 열교환기 없이 고온의 공기를 생산할 수 있으며, 이를 통해 시스템 효율 개선에 도움이 될 것으로 판단된다. 방열운전 결과, 공기 출구 온도 50℃ 및 40℃ 기준으로 각각 축열양의 66% 및 76%의 열량을 354 및 295 kcal/hr의 속도로 7시간 이상 방열할 수 있었다. 사사: 본 연구는 2018년도 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 과제입니다(No.20162010104620).
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이은송 ( Eun-song Lee ),백승기 ( Seung-ki Back ),정법묵 ( Bup-mook Jung ),성진호 ( Jin-ho Sung ),서용칠 ( Yong-chill ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2017 No.-
수은의 배출로부터 국민의 건강과 환경을 보호하기 위하여 국제수은협약(Minamata Convention on Mercury)이 2013년도에 채택되었다. Article 11에서는 수은폐기물을 수은 오염, 함유, 구성 폐기물 등 총 3가지 종류로 구분하여 정의하고 있다. 현재 국내법 체계상 수은폐기물은 따로 분류 및 처리되고 있지 않은 상황이다. 국내 수은폐기물은 발생원에 따라 넓은 농도범위의 수은을 포함하고 있다. 산업시설에서 발생한 수은폐기물은 지정 폐기물로 분류되어 폐기물관리법에서 지정하고 있는 고형화 처리 후 매립되고 있다. 매립된 고농도 수은 함유 폐기물은 장기간에 걸쳐 환경에 노출되었을 때 시멘트 고화체로부터 고농도 수은 함유 침출수가 유출되어 2차 오염원이 발생할 가능성이 높다. 그러므로 본 연구에서는 고형화 처리를 거쳐 매립된 수은폐기물이 매립지에 장기간 존재하였을 때 환경에 미칠 영향을 알아보고자 하였다. 또한 수은폐기물의 처리방법으로써 고형화 처리법이 적절한 방법인지 알아보기 위해 장기용출 시험법을 적용해보았다. 대상 시료로써 국내 산업시설 발생 폐슬러지 및 원소수은을 사용하였다. 시멘트 고화체 제작을 위해 현재 국내 폐기물관리법에 명시된 고형화물 1 ㎥ 당 시멘트 150 kg 이상 첨가기준 및 28일의 양생기간을 준수하였다. 또한 장기용출 실험의 용출용매로써 pH 4, 7, 10의 버퍼용액을 사용하였다. 용출용매는 1, 3, 7, 28일 주기로 교체해 주었다. 용출액 수은 함량분석결과 초기단계에 용출시험 기준치 수은항목 0.005 mg/L 이상의 수은이 용출되었음을 확인하였다. 28일 이후에 용출되는 수은량이 점차 감소하는 추세를 나타내었으나 여전히 수은이 용출되는 것을 확인하였다. 이러한 실험결과로 보아 고농도 수은폐기물을 대상으로 고형화 처리를 진행하는 것은 적절하지 않은 방법으로 판단된다. 그러므로 고농도 수은폐기물은 고형화 처리 이외의 기술을 적용시킬 필요가 있으며 고농도의 수은을 포함하고 있는 수은폐기물의 매립을 제한할 필요가 있다고 판단된다.
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바이오매스 및 폐기물 가스화 시스템의 Heat ESS 적용 가능성 평가
구재회 ( Jae-hoi Gu ),김동주 ( Dong-ju Kim ),정법묵 ( Bup-mook Jung ),김동철 ( Bryan C Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
바이오매스 및 폐기물의 에너지화 활용이 EU 및 동남아, 중국, 인도 등에서 도입이 가속화되고 있으며, 적용 기술로서 직접 연소를 통한 기술과 함께 가스화를 통한 간접연소 기술에 대한 시장이 급속히 증가하고 있다. 또한 미활용 바이오매스 활용기술로서도 가스화 기술이 검토되고 있다. 국내 폐기물 소각시설의 노후화와 소각에 대한 지역주민의 부정적인 인식으로 소각로 대체 기술로서 가스화 기술이 부각되고 있다. 온실가스 감축기술과 미세먼지 저감기술이 사회적 이슈화 되면서 가스화 기술에 대한 관심이 고조되고 있다. 직접연소기술과 달리 가스화 기술은 간접 연소기술로서 바이오매스 또는 폐기물을 가스화 하여 연료가스인 합성가스를 생산하고 합성가스에 함유된 오염물질을 정제한 후 청정한 합성가스를 이용한다는 장점을 가지고 있다. 저급연료인 바이오매스와 폐기물은 각각 단독으로 가스화 하기도 하고 혼합하여 가스화 할 수 있다. 국내 미활용 바이오매스의 경우 수급을 통한 대규모 플랜트의 적용이 어려움에 있으므로 발생지역에서 소규모 처리를 하는 것이 보다 효율적이다. 또한 폐기물 소각시설도 광역화에 어려움이 있는 지역은 이러한 소규모 처리를 통한 분산전원 및 에너지 이용 시 연소기술 보다는 가스화 기술이 활용성이 높다. 또한 바이오매스 및 폐기물의 가스화를 통해 생산되는 합성가스를 이용하여 발전 후, 폐열의 이용률을 높이는 것이 필요하다. 폐열의 이용률을 높이기 위해 소 내에서의 폐열활용 이외에 열저장장치(Heat ESS) 적용을 통한 인근 지역에의 열택배 시스템에 의한 열공급 가능성에 대한 기초연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 다양한 바이오매스 및 폐기물 가스화를 통해 생산되는 합성가스 특성 데이터를 이용하여 발전용량과 발전 후 폐열을 활용하여 열저장장치(Heat ESS)를 적용하는 네트워크 구축 가능성에 대해 고찰하였다. 소규모 바이오매스 및 폐기물 가스화 플랜트의 발전량을 산출하고 발전 후 폐열의 Heat ESS 적용 시공급 가능한 열용량을 산출하여 적용 가능성을 평가하였다. 열택배 시스템의 활용 가능한 열용량은 0.1 Gcal급 PCM 열저장장치 운전결과를 기준으로 하여 분석하였다. 사사: 본 연구는 2018년도 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구과제입니다(No.20162010104620).
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폐기물 가스화를 통한 에너지 회수 및 원료대체 재활용 특성
구재회 ( Jae-hoi Gu ),임용택 ( Yong-taek Lim ),박수남 ( Su-nam Park ),김동주 ( Dong-ju Kim ),정법묵 ( Bup-mook Jung ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
폐기물은 발생원을 기준으로 생활폐기물, 사업장폐기물 및 건설폐기물로 구분된다. 폐기물 처리는 재활용을 우선적으로 정책이 이루어지고 있다. 그러나 폐기물을 재활용하기 위해서는 기술적인 한계성과 경제성 등이 해결되어야 하며 이러한 이슈가 극복되지 않으면 재활용에는 한계가 따른다. 국내에서 도입된 네가티브 재활용 제도가 다양한 기술을 재활용로서 적용될 수 있도록 하였으며, 그 중 폐기물 에너지화 기술로써만 인식되어온 폐기물 가스화 기술은 에너지회수 기술 뿐 만 아니라 원료를 대체할 수 있는 재활용 기술로도 적용될 수 있게 되었다. 폐기물의 재활용은 물질재활용 기술로서 3R기술 위주로 재활용되어 왔으나 화학전환 기술에 의한 재활용을 위해서는 가스화 기술이 많은 기여를 할 것으로 기대된다. 또한 폐기물의 에너지 회수기술은 소각에 의한 에너지회수 또는 고형연료를 생산하여 연소보일러에 의한 에너지회수 방법이 주로 이용되어 왔으며 이러한 기술은 열에너지를 회수하는 기술에 국한되어 있다. 그러나 폐기물 가스화 기술은 열에너지와 화학에너지의 생산이 가능하므로 다양한 에너지로의 회수 기술과 고효율 에너지 이용기술의 적용이 가능한 기술이다. 따라서 본 연구에서는 폐기물 가스화를 통한 에너지회수 기술과 화학전환 기술로서 원료대체를 통한 재활용 기술로서의 특성을 고찰하였다. 폐기물 가스화 기술은 가연성물질이 함유된 폐기물의 대부분을 대상으로 적용이 가능하지만 합성가스를 이용하는 기술에 따라서 합성가스의 생산품질을 만족하기 위해서는 폐기물의 적정 발열량이 확보되어야 된다. 폐기물의 종류에 따라 기준은 달리 적용되겠지만 저위발열량 기준으로 3,200 kcal/kg이상인 경우 안정적인 합성가스를 생산할 수 있다고 판단되며, 폐기물종류 및 이용기술에 따라서는 3,000 kcal/kg이상인 경우 합성가스 생산품질을 유지할 수 있다. 폐기물 가스화를 통해 생산된 합성가스를 에너지회수 기술로서는 스팀터빈, 가스터빈, 가스엔진, 연료전지 등의 기술을 적용할 수 있고, LNG, 경우, 석탄, LPG 등 화석연료를 대체하는 가스연료로 적용할 수도 있다. 또한 합성가스의 주요성분인 일산화탄소와 수소는 고순도 수소 및 고순도 일산화탄소 자체로도 원료대체가 가능하며, 화학촉매 또는 미생물촉매 전환 공정을 통해 다양한 화학원료로 대체하는 재활용기술로서의 적용이 가능한 특성을 가지고 있다.
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