다양한 환경 요인이 전복의 산화스트레스 반응 및 세포사멸에 미치는 영향

김민주 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2023 국내석사

Recent industrialization has resulted in a surge in the use of fossil fuels, leading to a continuous increase in atmospheric CO2 concentration. Consequently, marine ecosystems are at risk of being impacted by alterations in water temperature, salinity, and acidification. Exposure to these environmental changes generates reactive oxygen species (ROS) in marine organisms, including powerful oxidizing agents such as superoxide anion radicals (O2−) and hydrogen peroxide (H2O2). Overproduction of ROS in the body results in oxidative stress, leading to a variety of forms of intracellular damage, such as the oxidation of nucleic acids, including DNA, and the promotion of cell death. To counteract the ROS generated in their bodies, organisms employ antioxidant enzymes, such as superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT). During this process, SOD converts O2− to H2O2, while CAT converts H2O2 into harmless water (H2O) and oxygen (O2) molecules. However, even with these antioxidant mechanisms in place, ROS that remain in the body can trigger lipid peroxidation (LPO) and DNA damage, potentially resulting in cell death. In our study, we simulated a complex environmental change scenario by assuming global warming and ocean acidification, both of which are ongoing and projected to persist in the future. Specifically, we exposed abalone Haliotis discus hannai, a marine gastropod, to various environmental stressors, including changes in water temperature, salinity, and pH (salinity + pH, water temperature + pH), and observed their physiological response, including antioxidant activity and cell death, as a means of mitigating oxidative stress. 1. Effect of temperature and pH on oxidative stress and apoptosis in disk abalone This study analyzed oxidative stress indicators (ROS and MDA), antioxidant enzymes (SOD and CAT), and apoptosis-related genes (caspase-3) in abalone, to investigate the impact of water temperature and pH changes on oxidative stress and apoptosis. Abalone were exposed to a range of water temperatures (15 ℃, 20 ℃, and 25 ℃) and pH levels (7.5 and 8.1) for five days, and in situ hybridization and terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) assays were used to visually confirm the effects. Abalone exposed to low/high water temperatures, or a low pH exhibited increased levels of ROS and MDA, with a particularly significant increase observed when low/high water temperatures were combined and a low pH. SOD and CAT expression levels were similarly increased under these complex conditions. The expression of caspase-3, an apoptosis-related gene, was also elevated in the low/high water temperature and low pH conditions, with the highest expression observed when the high temperature was combined with the low pH. Additionally, high levels of apoptosis were detected in abalone exposed to high temperature and low pH conditions. Overall, this study demonstrates that abalone experience an increased expression of antioxidant enzymes and cell death in response to warming temperatures, alone, and in combination with acidification. Specifically, high temperatures promoted cell death by upregulating genes associated with oxidative stress and apoptosis, compared to low pH environments. 2. Effect of salinity and pH on oxidative stress and apoptosis in disk abalone In In this study, the effects of low salinity and low pH on abalone were investigated by exposing them to a complex environment of 26 PSU and pH 7.5 for 5 days. The degree of oxidative stress, antioxidant enzyme levels (ROS, SOD, and CAT), and osmotic pressure generated in the body of abalone were assessed. Changes in the expression levels of regulation-related genes (Na+/K+-ATPase) and the degree of cell death and DNA damage were also analyzed to determine the effects of salinity and pH changes in abalone. The results showed that the effects of the low salinity and low pH combined to induce significantly higher levels of H2O2 concentration in the hemolymph alongside the expressions of SOD, CAT, and caspase-7 mRNA in the hepatopancreas, compared to the effects of low salinity or low pH alone. As the exposure time elapsed, the degree of DNA damage increased along with caspase-7 mRNA expression. The gill NKA expression and activity, and hemolymph osmolarity were significantly decreased in the low-salinity experimental group. However, there was no significant difference in the NKA expression and activity in the pH 8.1 (control) and low pH experimental groups. These findings suggest that the combined effects of low salinity and low pH can cause uncontrollable levels of ROS-mediated oxidative stress, leading to cell death and DNA damage in abalone. 최근 산업화로 인한 화석 연료의 사용량 증가와 더불어 대기 중의 CO2 농도가 지속적으로 증가하고 있다. 따라서 해양생태계는 이러한 영향 등으로 인하여 수온 및 염분 변화 그리고 산성화 등의 환경 변화에 직접적으로 노출되어 있는 실정이다. 서식지의 환경 변화에 해양생물이 노출될 경우 체내에서는 superoxide anion radicals (O2−)과 hydrogen peroxide (H2O2)와 같은 강력한 산화력을 지닌 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)이 생성된다. 또한, ROS가 체내에서 과도하게 생성되면 DNA와 같은 핵산을 포함한 각종 세포 내 물질이 산화되거나 세포사멸이 촉진되는 등 다양한 형태로 산화스트레스가 유발된다. 생물체는 superoxide dismutase (SOD)와 catalase (CAT) 등과 같은 항산화효소를 이용하여 체내에서 생성된 ROS를 제거하려는 항산화 메커니즘이 작동되는데, 이 과정에서 SOD는 O2−를 H2O2로 전환시키고 CAT는 H2O2를 무독한 물(H2O)과 산소(O2) 분자로 전환시킨다. 그러나 이러한 항산화 메커니즘의 작동에도 불구하고 체내에서 미처 제거되지 못한 ROS는 지질과산화(lipid peroxidation; LPO) 및 DNA 손상을 유도하여 궁극적으로는 세포사멸로 이어질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 현재 진행 중이거나 앞으로도 지속적으로 발생될 것으로 예상되는 지구 온난화 및 해양 산성화 현상을 가정하여 해양생태계에서 실제로 나타날 수 있는 복합 환경 변화 시나리오를 실험구로 설정하여 전복 Haliotis discus hannai을 노출시킨 후 산화스트레스 및 항산화 메커니즘 관련 실험을 진행하였다. 즉, 수온, 염분 및 pH 변화 등의 복합적인 환경(수온+pH, 염분+pH) 하에서 해양 복족류인 전복이 체내에서 발생된 산화스트레스를 제어하기 위한 항산화 반응 그리고 세포사멸을 포함한 다양한 생리학적 반응을 조사하였다. 1. 수온 및 pH가 전복의 산화스트레스와 세포사멸에 미치는 영향 본 연구는 전복을 다양한 수온(15℃, 20℃ 및 25℃) 및 pH(7.5, 8.1)의 복합 환경 조건에 5일간 노출시킨 후 전복 체내에서 발생되는 산화스트레스의 조절 메커니즘을 파악하기 위하여 진행되었다. 산화스트레스 지표로 알려져 있는 ROS와 MDA 그리고 항산화 효소(SOD, CAT) 및 세포사멸 관련 유전자(caspase-3)의 발현 수준을 분석하여 수온 및 pH 변화가 전복의 산화스트레스와 세포사멸에 미치는 영향을 조사하였다. 또한, 수온 및 pH 변화가 전복에 미치는 영향을 가시적으로 확인하기 위하여 in situ hybridization 및 Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) assay를 통하여 분석하였다. 그 결과, 저∙고수온 또는 낮은 pH의 단일 조건 변화에 노출시킨 전복에서 ROS와 MDA의 증가가 관찰되었으며, 저∙고수온과 낮은 pH의 복합 실험구에 노출시킨 전복에서 특히 ROS와 MDA의 유의적인 증가가 관찰되었다. SOD 및 CAT의 경우에도 ROS 및 MDA의 변화와 유사하게 저∙고수온 및 낮은 pH의 복합 실험구에서 발현량이 유의적으로 증가하였다. 세포사멸 관련 유전자인 caspase-3는 저∙고수온 또는 낮은 pH의 단일 조건에서 발현량이 증가하였으나, 특히 고수온 및 낮은 pH의 복합 실험구에서 유의적으로 가장 높은 발현량을 보였다. 또한, 고수온 및 낮은 pH의 복합 실험구에서 가장 높은 수준의 세포사멸이 발생되었음을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과를 종합해 보면, 온난화 단독 조건(고수온)과 온난화와 산성화를 결합한 복합 환경 조건(고수온+낮은 pH) 모두에서 전복의 체내 항산화 효소의 발현량이 증가하였을 뿐만 아니라 세포사멸 또한 발생하였다. 특히, 고수온 환경은 낮은 pH 환경에 비하여 산화스트레스와 세포사멸 관련 유전자의 활성을 증가시켜 세포사멸을 촉진시킨 것으로 판단된다. 2. 염분 및 pH가 전복의 산화스트레스와 세포사멸에 미치는 영향 본 연구는 전복을 저염분(26 psu) 및 낮은 pH(7.5)의 복합 환경 조건에 5일간 노출시킨 후, 전복의 체내에서 발생되는 산화스트레스의 조절 메커니즘을 파악하기 위하여 진행되었다. ROS의 발생 정도는 H2O2 농도로 분석하였으며, 항산화 효소(SOD, CAT) 그리고 삼투압 조절 관련 유전자(Na+/K+-ATPase, NKA)의 발현량을 분석하여 염분 및 pH 변화가 전복의 산화스트레스 반응 및 삼투압 조절에 미치는 영향을 파악하였다. 또한, 염분 및 pH 변화로 인한 전복의 세포사멸 발생 정도를 확인하기 위하여 세포사멸 관련 유전자인 caspase-7 발현량을 조사하였고, comet assay 분석을 통해 DNA의 손상 정도를 확인하였다. 그 결과, 저염분 또는 낮은 pH의 단일 조건 실험구에 비하여 저염분과 낮은 pH의 복합 실험구에 노출시킨 전복의 혈림프에서는 H2O2 농도가 그리고 간췌장에서는 SOD, CAT 및 caspase-7 mRNA 발현이 유의적으로 높게 나타났다. 모든 실험구에서는 노출 시간이 경과함에 따라 caspase-7 mRNA의 발현과 더불어 DNA의 손상 정도가 증가하였다. 또한, 아가미 NKA의 발현과 활성 그리고 혈림프의 삼투압 농도는 저염분 실험구에서 유의하게 감소하였으나, pH 8.1(대조구)과 낮은 pH 실험구에서는 NKA의 발현과 활성이 유의적인 차이를 보이지 않았다. 본 연구 결과를 종합해 보면, 전복은 저염분 또는 낮은 pH의 단일 환경 조건에 노출되는 경우에 비하여 저염분과 낮은 pH의 복합 환경 조건에서 더 많은 스트레스가 유발되었음이 확인되었다. 최근 지속적으로 발생되고 있는 지구 온난화 및 해양 산성화 현상과 같이 다양하고 복합적인 환경 변화에 노출된 전복 체내에서는 제어할 수 없는 수준의 ROS 매개 산화스트레스가 발생될 수 있다. 따라서 전복은 체내에서 발생된 산화스트레스를 제거하기 위하여 항산화 메커니즘을 작동하지만, 그럼에도 불구하고 제거되지 못한 ROS는 세포사멸 및 DNA의 손상을 유발하여 전복에게 악영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다. 해양 복족류인 전복은 국내∙외에서 주요 양식 대상 종으로 알려져 있음에도 불구하고 전복의 산화스트레스 및 항산화 반응 관련 연구는 많이 진행되어 있지 않다. 따라서 본 연구 결과는 최근 지속적으로 발생하고 있는 지구 온난화 및 해양 산성화의 진행에 따라 현실적으로 나타날 수 있는 해양생태계의 환경 변화가 전복에게 미칠 수 있는 분자내분비학적 측면의 정보를 제공할 수 있다는 점에서 의미가 있을 것으로 기대된다.

기계학습 기법을 이용한 바지형 선박의 횡동요 RAO 예측

임재환 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2020 국내석사

Recently, Artificial Intelligence(AI) technology has been applied in various industries due to increased interest in the fourth industrial revolution. However, research related to AI is relatively lacking in shipbuilding and maritime industries because of the characteristic of the industrial structure that information disclosure is limited. But shipbuilding and maritime industries are a complex industry in which various sectors are merged, and large amounts of data are generated. In addition, various forms of data are generated by the shipbuilding and marine industries in their respective processes, including design, construction, maintenance and operation. Therefore, it is believed that AI technology can be applied to optimizing design, efficiency of maintenance, and stability evaluation in operation to produce significant results. Many existing studies have mainly been done to improve efficiency in terms of production management and to optimize ship operation. In this paper, however, a machine learning prediction model was built for predicting the lateral homologous RAO from the design optimization perspective of ships. Data used in the paper were for barge types registered in advance, and RAO was generated for each vessel in an in-house code using the three-dimensional singularity distribution method. In addition, Python and Tensorflow was used to build the prediction model, and statistical techniques were used to measure the results of changing the hyper parameters of the prediction model to evaluate the accuracy of the results. Thus, unlike previous studies targeting specific targets, this paper has a difference in that it has targeted several vessels. Finally, the purpose of the study is to identify the approximate RAO for vessels where the drawing of ships does not exist, and to improve the efficiency of the modelling and analytical processes necessary to obtain RAO. Furthermore, it is thought that it will be possible to develop into a study that will help assess the stability of autonomous driving vessels in the future, given that the stability of vessels with specific dimensions can be identified. 최근 4차 산업혁명에 대한 관심의 증가로 인공지능 기술이 다양한 산업에서 적용되고 있다. 그러나 조선 및 해양산업에서는 정보공개가 제한적이라는 산업구조 특성상 인공지능과 관련된 연구가 상대적으로 부족한 실정이다. 하지만 조선 및 해양산업은 다양한 분야가 융합된 복합적인 산업으로 많은 양의 데이터가 생성되는 산업 중 하나이다. 뿐만 아니라 조선 및 해양산업은 설계, 건조, 유지 보수, 운항 등 각각의 과정에서 갖가지 형태의 데이터가 발생한다. 따라서 인공지능 기술을 설계 최적화, 유지 보수의 효율성, 운항 시 안정성 평가 등에 적용하여 유의미한 결과를 도출할 수 있을 것이라 판단된다. 기존의 많은 연구들은 생산관리 측면의 효율을 개선하기 위한 연구와 선박의 운항의 최적화를 위한 연구가 주를 이루어왔다. 그러나 본 논문에서는 선박의 설계 최적화관점에서 횡동요 RAO를 예측을 위한 기계학습 예측모델을 구축하였다. 논문에 사용된 데이터는 선급에 등록된 바지형 선박을 대상으로 하였으며, 각각의 선박에 대하여 3차원 특이점 분포법을 사용한 In-house code로 선박별로 RAO를 생성하였다. 그리고 예측모델을 구축함에 있어 Python의 Tensorflow를 사용하였으며, 결과의 정확도 평가를 위하여 예측모델의 하이퍼 파라미터를 변경한 결과들에 대해서 통계적인 기법들을 평가 지표로 사용하였다. 따라서 본 논문은 특정 대상을 타겟으로 하는 기존의 연구들과는 달리 여러 척의 선박을 대상으로 하였다는 점에서 차이가 존재한다. 최종적으로 연구의 목적은 선박의 도면이 존재하지 않는 선박에 대한 대략적인 RAO를 파악함과 동시에, RAO를 구하는데 있어 필요한 모델링 과정과 해석 과정에 대한 효율성 개선에 목적이 있다. 더 나아가 특정 제원을 가지는 선박의 적재상태에 따른 안정성을 파악할 수도 있다는 점에서 향후 자율운항선박의 항행 중 안정성 평가에 도움이 되는 연구로 발전할 수 있을 것이라 판단된다.

선박용 강재의 도장면 제거를 위한 Q-스위칭 파이버 레이저 클리닝에 관한 기초 연구

김지언 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2020 국내석사

현재 조선해양 산업 현장에서 도장 전처리 작업은 그라인딩 및 쇼트 방식을 채택하고 있으나 동력 공구에 의한 작업자의 위험성 및 분진 비산에 의한 환경오염과 작업자의 건강문제가 지속적으로 야기되고 있다. 또한 현재의 전처리 방법으로는 협소구역의 접근이 난해하고 모서리 등의 개소와 복잡한 형상에 대한 작업이 어려우며 모재의 손상을 유발하고 표면의 균일한 클리닝이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 반면, 레이저 열원을 이용한 표면 클리닝 기술은 공정 중 환경오염 물질의 배출이 거의 없는 친환경 기술이다. 레이저의 우수한 제어 특성으로 인하여 표면의 오염층만을 선택적으로 제거할 수 있으며 국부적인 표면 클리닝이 가능하기 때문에 작업 시간이 단축되고 모재의 손상을 최소화 할 수 있다. 또한 비 접촉식 공정으로 다양한 표면 형상에 적용이 가능하다는 장점이 있다. 이러한 장점으로 인하여 문화재 복원사업은 물론이며 금형, 전기·전자 및 반도체 산업에서 레이저 클리닝 기술은 이미 실용화 단계에 접어들었다. 또한 최근에는 대면적의 표면 전처리 공정에 레이저 클리닝을 도입하고자 하는 수요가 증가하면서 조선해양 산업, 항공 우주 산업 및 자동차 산업 등에 실용화가 기대되고 있다. 특히 조선해양 산업에서 레이저를 이용한 클리닝 기술 수준은 초기 단계이며 기존의 클리닝 기술을 대체하고자 다양한 연구가 진행중이다. 따라서 국내 기술수요에 적극 대처하고 향후 작업효율과 작업환경의 개선을 통해서 조선해양 산업 도장 전처리의 패러다임을 변화하기 위해 레이저 클리닝 기술을 확보하는 것이 시급하다. 본 연구에서는 평균 출력 100W의 Q-스위칭 파이버 레이저를 이용하여 강재 표면의 도장면 및 산화층을 제거하기 위해 레이저 클리닝 실험을 진행하였다. 기초실험으로써 실제 조선해양 산업에 적용되는 에폭시 및 숍프라이머 도장면과 국부적인 발청 수준인 얇은 산화층에 대해 스캔횟수, 펄스 중첩률, 패스 중첩률 및 에너지 밀도에 따른 레이저 클리닝을 실시하였다. 이와 같이 다양한 변수에서 얻어진 클리닝부의 특성을 분석하였으며, 레이저 클리닝 효율을 계산하여 최적의 조건을 도출하였다. 결과적으로 모재의 손상 및 열영향부 없는 우수한 클리닝 부를 얻을 수 있었다.

천리안 해양위성의 대기보정 및 대리교정 연구

안재현 한국해양대학교, 해양과학기술전문대학원 2017 국내박사

본 학위논문은 세계최초의 정지궤도 해색 위성인 천리안 해양 위성 (GOCI : Geostationary Ocean Color Imager)에 표준으로 사용되는 대기보정 이론에 대하여 기술하고 있다. 타 극궤도 해색위성들이 1~2일 주기로 한 장소를 방문하며 전 지구를 관측하는 것과 달리 천리안 해양위성은 한반도를 포함한 동북아해역을 0.5 km 공간해상도로 낮 시간 동안 1시간의 시간간격으로 관측하고 있으며 (하루 8회 관측) 가시광~근적외파장대 (412, 443, 490, 555, 660, 680, 745, 865 nm) 영역에서 관측한다. 대기상층 위성궤도에서 일반적인 맑은 해역을 대상으로 관측된 가시광~근적외파장대 신호 중 90%이상은 대기신호이며, 해수신호의 크기는 10% 미만을 차지한다. 대기신호의 크기가 해수신호의 크기보다 10배 이상 크기 때문에 1%의 대기신호 추정 오차는 10%이상의 해수 광 스펙트럼 추정오류를 일으킨다. 이런 이유로 위성을 통한 해색원격탐사 임무는 높은 대기보정 정밀도를 요구하고 있으며 대기보정의 개발이 해색원격탐사 알고리즘 개발 중 가장 핵심이 된다. 천리안 해양위성 표준 대기보정은 NASA가 해색원격탐사 임무를 위해 개발한 SeaWiFS 표준 대기보정에 이론적인 기반을 두고 있다. SeaWiFS 방법은 우선 두개의 근적외 파장대 관측결과와 복사전달시뮬레이션 결과(조견표)를 서로 비교하여 대기 중 에어로졸 입자의 종류 및 농도 최적값을 추정해 내며 이 추정결과를 바탕으로 모든 가시광 파장의 에어로졸 반사도 스펙트럼을 다시 조견표를 이용하여 계산한다. 천리안 해양위성의 대기보정도 유사하게 두 근적외파장대 에어로졸 반사도 상관관계를 이용하여 에어로졸 종류 및 농도를 계산하는데, 이 연구를 통하여 SeaWiFS 및 다른 유사 대기보정 방법들과 비교하여 정확도 뿐 아니라 계산 효율 또한 개선하였다. 추가적으로 SeaWiFS에 적용된 수증기 흡광 보정 모델을 천리안 해양위성의 분광특성에 맞게 수정하여 적용하였으며, 탁도가 높은 해역에서 대기보정 오차를 줄이는 방법도 천리안 해양위성 관측영역의 해수 광 특성 및 반사도 정보들을 이용하여 개발하였다. 초기버전의 천리안 해양위성 표준 대기보정의 검보정 결과 탁도가 높은 연안해역에서는 10% 내외의 만족할 만한 오차수준을 보여주었으나, 탁도가 낮은 해역에서는 50% 이상의 오차를 발생되었다. 이는 대리교정 수행의 부재가 주된 요인이며, 본 연구에서는 이를 보완하기 위해 SeaWiFS 표준 대리교정 프로세스에 기반을 두고 천리안 해양위성에 맞게 대리교정을 수행하였다. 이 대리교정 방법에서는 특정 해역의 에어로졸 광특성이 항상 해양성 에어로졸이라 가정하고 이를 바탕으로 근적외 파장대 위성 관측 조도를 시뮬레이션 하여 두 근적외 파장대를 먼저 상대교정 한다. 이후, 상대교정된 두 근적외 파장대를 이용하면 맑은 해역에서 복사전달시뮬레이션을 통하여 가시광 파장대 대기조도를 모의 할 수 있게 되고, 여기에 맑은 해역의 현장 광 측정 자료가 추가되면 가시광파장대 위성관측조도의 시뮬레이션이 가능하다. 이 가시광파장대 모의 결과와 실제 위성관측조도와 비교하면 가시광파장대 대리교정을 완료할 수 있다. 본 대리교정 결과 대리교정 상수가 최대 3.2% 바뀌었으며 (490 nm 밴드) 새 대리교정 상수 적용 시 맑은 해역 대기보정 정확도가 최대 50% 이상 상승하였다. 본 연구에서는 천리안해양위성 대기보정의 성능을 평가하기 위해서 대기보정 결과 원격반사도 (remote-sensing reflectance: Rrs)를 한국해양과학기술원 해양위성연구센터에서 2010년 이후로 한반도 주변 해역 현장조사를 통해 수집한 원격반사도 자료들과 비교검정 하였으며, 검정결과 76, 84, 88, 90, 81, 82%의 정확도를 보여주었다. 추가로 현장자료가 아닌 시뮬레이션 자료를 통해 천리안 해양위성 알고리즘 뿐 아니라 다른 해색원격탐사 임무를 위해 개발된 주요 대기보정 알고리즘들 구현하여 함께 비교검증 하였고, 본 비교검증에서도 천리안 해양위성 표준 대기보정이 다른 대기보정 방법들과 비교하여 가장 낮은 오차율을 보여주었으며, 특히 다중산란 효과가 큰 작은 입자크기의 에어로졸 모델에서 더 좋은 성능을 보여주었다. 본 연구결과는 이론적으로 SeaWiFS 등 비슷한 밴드 특성을 가진 타 해색위성의 대기보정방법으로도 적용이 가능하며, 천리안 해양위성 자료처리시스템 (GOCI data processing system: GDPS) 1.5버전에의 적용될 예정이다.

국내 해양에너지(조류·해상풍력) 균등화발전비용 분석 및 저감 방안 연구

윤서호 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2023 국내석사

본 연구에서는 조류발전과 해상풍력발전의 균등화발전비용(Levelized Cost of Energy, LCOE) 분석 사례를 조사하여, 누적설비용량에 따른 LCOE 범위를 추정하고, LCOE의 주요 구성요소에 대한 민감도를 분석하였으며, 마지막으로 LCOE 저감방안에 대하여 고찰하였다. 조류발전 LCOE는 누적설비용량이 1MW에서 1GW까지 증가할 때 ￦520~800/kWh에서 ￦142~285/kWh으로 감소하는 것으로 추정되었으며, LCOE의 주요 구성요소에 대하여 민감도 분석 결과, 설비 이용률, 할인율 그리고 발전설비 비용의 민감도가 높은 것으로 나타났다. 해상풍력발전의 경우 누적설비용량이 5GW에서 200GW급으로 확대될 때 LCOE는 평균 ￦184/kWh에서 ￦66/kWh으로 감소할 것으로 분석되었다. 국내 서남해 해상풍력실증단지와 제주 A 해상풍력발전단지의 LCOE 민감도 분석 결과 모두 이용률의 민감도가 높은 것으로 분석되었다. 조류발전 LCOE 저감 방안에 대하여 터빈 용량 증대, 성능 향상 및 규모의 경제 효과를 검토하였고, 체계적인 유지보수 계획 및 경제성 향상을 위한 터빈 배치에 대한 중요성을 검토하였으며, 아울러 제도적 지원에 대하여 논의하였다. 또한 국내 해상풍력발전 LCOE 저감방안으로 지반 조건에 따른 해상풍력발전 지지구조물 적용방안에 대하여 토사층의 경우 포스트파일링 재킷 공법, 트라이포드 공법, 프리파일링 공법 적용에 따른 국내 서남해 해상풍력실증단지의 LCOE를 계산하여 비교하였을 시 프리파일링 공법은 55MW일 경우 ￦285.34/kWh로 같은 규모의 포스트파일링 공법과 트라이포드 공법(각각 ￦282.41/kWh, ￦281.33/kWh) 보다 불리하나, 단지 규모가 커져 설치기수가 늘어날수록 공사비 및 LCOE 저감효과가 큰 것으로 검토되었다. 암반층의 제주 A 해상풍력발전단지의 경우 다중 격벽식 중공형 수중기초를 사용하였을 경우 재킷 기초를 사용하였을 때보다 LCOE가 ￦61.73/kWh 차이가 발생하여 약 18% 저렴한 것으로 나타났다.

Indium-Tin-Oxide 인쇄박막 제작과 위험유해물질 센서 응용에 관한 연구

이석환 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2016 국내석사

우리나라 남해 초대형저서동물의 종 조성 및 분포에 관한 연구

강수민 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2019 국내석사

우리나라 남해, 제주도 및 이어도 해역은 고온, 고염분의 제주난류, 중국의 양쯔강으로부터 흘러나오는 저염수와 황해 저층냉수대의 영향을 받는다. 또한 계절에 따른 다양한 수괴 형성으로 인해 다양한 환경변화가 나타나는 것으로 알려져 있다. 이러한 다양한 환경 변화가 나타나는 제주도 주변 해역은 높은 생물다양성을 나타내며, 따라서 본 연구 지역의 생물다양성도 높을것으로 생각되어진다. 그러나, 본 연구지역의 저서동물에 관한 연구는 대형저서동물의 종 조성과 군집에 한정되었으며, 초대형저서동물에 관한 연구는 매우 제한적이다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 남해 및 인근 해역의 초대형저서동물의 종 조성 및 분포를 분석하였다. 초대형저서동물은 2015년 6월, 11월 2016년 4월 17개 정점에서 Beam trawl (width:1.0m)을 10분 동안 예인하여 채집되었다. 초대형저서동물은 총 301종이 출현하였으며, 평균서식밀도는 28.7 ind/100 m2, 평균 생체량은 81.1 g/100 m2으로 나타났다. 주요 우점종은(> 1 % of the total density) 지붕거미불가사리(Stegophiura sterea), 버선조개(Mactrinula dolabrata), 호두조개(Acila divaricata), 고둥끈말미잘(Hormathia andersoni)순으로 나타났다. 초대형저서동물의 군집구조는 깊이에 따라 2015년 6월 3개의 그룹, 2015년 11월 두 개의 그룹으로 나뉘었으며, 2016년 4월 초대형저서동물의 군집구조는 퇴적물 조성에 따라 두 개의 그룹으로 나뉘었다. 총 종수, 종다양도, 평균 생체량은 남해에 위치한 정점 C3에서 각각 116종, 3.7, 1173 g/100 m2으로 높게 나타났으며, 총 종수, 종다양도, 평균서식밀도는 제주도 남쪽에 위치한 정점 H12에서 각각 5종, 1.3, 1.4 g/100 m2으로 낮게 나타났다. 생물다양성의 차이는 환경요인 중 수심, 자갈 함유량, 분급도에 영향을 받는것으로 나타났다. 이러한 결과는 남해 해역의 해양환경의 변동이 초대형저서동물의 종 조성과 분포 및 다양도에 영향을 주는 것으로 보인다. The South Sea of Korea is affected by three systems of currents: the high-temperature, high-salinity Jeju Warm Current; the low-salinity Yangtze River discharge flow from China; and the cold-water bottom currents of the Yellow Sea. In addition, seasonal flow differences from various water flows drive environmental variability in these regions. As a result, biodiversity in this study area is assumed to be very high. However, there is no information on the diversity and distribution of the megabenthos. Therefore, in this study, we analyzed the diversity and distribution of the megabenthos in the South Sea based on environmental factors. Sampling of megabenthos were collected using a Beam trawl for 10 minutes towed at 17 stations in June 2015, November 2015, April 2016. The total number of species, density (ind/100 m2), and biomass (g/100 m2) of megabenthos were 301 species/9900 m2, 28.7 ind/100 m2, and 81.1 g/100 m2, respectively. The dominant species (> 1% of the total density) were Stegophiura sterea (10.4%), and two subtropical species Mactrinula dolabrata (9.0%), and Acila divaricate (8.3%) (bivalve mollusks). Megabenthic community structures in June and November 2015 were divided into three groups and two groups, respectively, which were affected by water depth. However, in April 2016, megabenthic community was divided into two groups according to sediment grain sizw and sorting value (σ). The total numbers of species, diversity and biomass were highest in st. C3 (116 species, 3.7 and 1173 g/100 m2 respectively) and lowest in st. H12 (5 species, 1.3 and 1.4 g/100 m2 respectively). According to the environmental factor analysis, the differences in megabenthos community were found to be related to depth, gravel contents, and sorting value (σ). This study suggests that variations in sediment conditions and depth in the South Sea of Korea are important factors controlling at the megabenthos species composition and diversity.

Hovering-type AUV의 경로추종을 위한 제어기 설계 및 실해역 실험에 관한 연구

최동호 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2016 국내석사

AUV replacing humans and performing works in deep sea where humans are hard to work is actively developed. AUVs are various on purpose, but among them, Hovering-type AUV can perform works by keeping its position and posture under water. Studies about AUV are being performed domestically, but comparing to other counties, technologies fall behind. So it is needed to accept outside technologies that already reached commercialization and to secure technical skills by developing navigation algorithm. In this thesis, performances of AUV were verified by making Hovering-type AUV test-bed and designing various controllers. Developed AUV can control 4DOF motion, using 2 horizontal thrusters and 2 vertical thrusters. Prior to field test, 6DOF equations of motion is developed, simulation program is constructed by using Matlab/Simulink, and essential motion performance of designed vehicle is verified. Besides, PID controller and Fuzzy PID controller are designed for carrying out their missions, and performance of the controllers is verified by simulation. Tests are performed in the field to verify motion performance of the AUV, and the way-point tracking is performed by PID and Fuzzy PID controller to the vehicle. It results in confirming appropriate control performance under current disturbances. Result graphs of experiments were showed, and by analyzing those, performances of controllers were verified.

A Study on Effect of Mooring Line Failure on a Floating Body and Mooring Stability

김영규 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2021 국내석사

The depth of operating water is getting deeper due to the expansion of the sea area where floating offshore structures are installed to develop oil under the sea. The mooring tension is greatly affected due to the motion response of floating offshore structure is increased by the external force of the rough marine environment in the deep-sea area. In addition to increasing marine environmental loads, a significant number of offshore structures already installed and in operation are approaching their design life time. Floating offshore structures are exposed to the marine environment for a long time because of their long operation period. The mooring system and offshore structures are more likely to perform less than they did in the initial design phase due to the fatigue load of the marine environment. Also, Corrosion of the mooring line may cause the mooring line failure. Therefore, mooring line failure and the impact of corrosion of it in the design of mooring systems are an important factor to consider. In this paper, the study was conducted to understand the effects of the mooring line failure on floating bodies and the mooring tension. A numerical analysis program was developed for the analysis of floating body motion and mooring systems, reflecting the effects of mooring corrosion in the program. The mooring line failure analysis was carried out assuming taut mooring system with an FPSO model. Various scenarios of mooring line failure were set, and motion of floating bodies and mooring tension are confirmed for each case. According to the result of the mooring line failure simulation, the influence on the remaining mooring tension and the maximum mooring tension is different depending on the mooring line failure point. A result of 8-point mooring system of little resilience of mooring line shows a phenomenon that adjacent mooring lines are failed first, and other remaining mooring lines are also failed by chain action, which makes mooring system collapse.

Temporal-spatial distribution of Macroinvertebrates on marine plastic debris in the southern sea of Korea

한관희 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2023 국내석사

The recruitment of marine organisms by marine plastic debris (MPD) presumably affects the species diversity and community structure of the marine ecosystem, but relevant research is limited. This study analyzed the temporal-spatial distribution characteristics of attached macroinvertebrates on MPD. The Macroinvertebrates attached on MPD were collected once every three months from March to December 2021 in eight regions. MPD materials on aquaculture and fishing gear were most frequently detected during the study; foreign-originating MPD was present in Jeju Island and Shinan. In total, two phyla, 14 orders, 19 families, and 41 species of attached macroinvertebrates were detected during the investigation. Attached macroinvertebrates increased more on MPD from the ocean than on MPD from land, and the number of species that appeared was high on MPDs with soft surfaces such as EPS (Expanded Polystyrene) or rough materials such as ropes. Among the surveyed areas, the number of species was high in Jeju Island and the Shinan. However, there was no difference in the number of observed species according to the collection period. On the entire MPD, the individual numbers of the alien species Mytilus galloprovincialis (blue mussel) was high. Among Chinese-originating MPD, the pelagic species, Lepas (Lepas) anatifera (gooseneck barnacle) was predominant on plastic bottles. These findings suggest that the temporal-spatial distribution of attached macroinvertebrates on MPD may be affected by the duration of exposure to the water layer and the characteristics of the MPD material. In particular, the high appearance of L. anatifera on Chinese-originating MPD suggests that MPD flowing into the ocean serves as a passageway for the inflow of alien species, indicating a need for continuous monitoring.