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회분식 반응기에서 폐 EPS(Expanded polystyrene)의 열분해를 통한 스티렌모노머(SM) 전환 최적 조건 도출에 관한 연구
노영훈(Young-Hoon Noh),박주형(Ju-Hyoung Park),락와더르지(Lkhagvadorj Sh),송규섭(Gyu-Seob Song),김진성(Jin-Seung Kim),최영찬(Young-Chan Choi),최종원(Jong-Won Choi),박세준(Se-Joon Park),송광호(Kwang-Ho Song),이영주(Young-Joo Lee) 한국열환경공학회 2022 열환경공학 Vol.17 No.2
As the use of plastics becomes more common, the generation of waste plastics increases, and soil and air pollution problems are intensifying accordingly. To reduce this problem, the importance of plastic recycling is emphasized, and among them, a chemical recycling method using a pyrolysis process is the most effective in terms of recovering raw materials and reducing waste sources. Among various plastics, polystyrene has the highest monomer yield during pyrolysis and is one of the promising options because it is converted into a monomer with only a simple heat treatment. In this study, pyrolysis of waste EPS, which accounts for a significant amount of polystyrene, was performed using a batch reactor. Also, Temperature and catalyst conditions were diversified to select optimal conditions. As a result of the pyrolysis experiment, when the BaO catalyst was used at 390°C, the generated oil and SM mass showed the maximum value (Oil 33.2g, SM 19.27g), and this was selected as the optimal waste EPS recycling condition.
스마트팜 농가 부산물인 버섯 폐 배지의 회분 저감 기술 적용에 관한 연구
노영훈(Young-Hoon Noh),최영찬(Young-Chan Choi),박주형(Ju-Hyoung Park),송규섭(Gyu-Seob Song),락와더르지,김진성(Jin Seung Kim),송광호(Kwang Ho Song),이영주(Young-Joo Lee) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2
장기간 화석연료를 다량 사용함에 따라 온실가스와 미세 먼지 배출을 중가를 야기하였고 그 결과 지구 온난화, 대기오염 문제를 심화시 켰다. 이와 같은 문제는 농업 분야에서도 마찬가지이며, 실제로 2016년 기준 농림어업 분야 에너지 소비량 중 화석연료의 비중이 60% 에 달하는 것으로 확인되었다. 그러나 가까운 미래에도, 화석연료는 안정적인 에너지 수급을 일정 부분 담당해야 한다. 따라서, 화석연료를 친환경 연료인 바이오 매스로 전환하는 것이 유망한 옵션이다. 바이오매스 중에서도, 버섯 농가에서 매년 약65만톤 가량 발생하는(2019 년 기 준) 폐배지를 이용한 연료전환이 농가의 자원 순환 측면에서도 가장 바람직하다. 그러나 버섯 폐배지에는 회분 내 다량의 알칼리 금속과 염소 성분을 함유하여 연소 시 슬래깅, 파울링과 같온 플랜트 안정성 문제 와 초미세먼지 발생과 같은 대기 환경문제를 유발한다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 우리 연구팀에서 개발한 저회분 바이오매스 기술인 ABF(ashless bioma&S fuel) 기술 적용을 고안하였다. ABF 기술은 운전 장에 및 초미세먼지의 주원인으로 작용하는 알칼리 금속과 염소 성분을 온화한 조건에서 선택적으로 제거하는 기술로써 연료로 이용되는 부분은 거의 침출하지 않아 높은 수율을 확보할 수 있어 친환경성 및 경제성 모두 확보가 가능하다 본 연구에서는, 국내 버섯 농가에서 발생되는 폐배지를 이용, 친환경/경제적 공정인 ABF(ashless biomass fuel) 공정 적용에 따른 알칼리 금속 및 염소 함량 저감 및 발열량 변화에 대한 분석 및 이를 기반으로 연료로써의 적용 가능성 에 대해 심도있게 검토하였다.
바이오매스 회분 촉매 열분해를 통한 폐 EPS(Expanded polystyrene)의 스티렌 모노머 전환 최적 조건 도출 연구
노영훈(Young-Hoon Noh),박주형(Ju-Hyoung Park),송규섭(Gyu-Seob Song),김진성(Jin Seung Kim),최영찬(Young-Chan Choi),최종원(Jong Won Choi),송광호(Kwang Ho Song),이영주(Young-Joo Lee) 한국환경에너지공학회 2023 열환경공학 Vol.18 No.2
As plastic usage and production increase, the amount of waste plastic generated is increasing, which is causing soil and marine pollution and climate change problems. To reduce these problems, the importance of plastic recycling is emphasized, and among them, chemical recycling through pyrolysis is the most efficient in terms of high added value and waste reduction due to fuel and raw material conversion. Among various plastics, polystyrene is one of the promising alternatives as it has the highest oil and monomer yields during pyrolysis. In this study, the thermal decomposition of waste EPS, which accounts for a significant portion of polystyrene, was performed using a semi-batch reactor, and waste biomass ash was tested as a catalyst. Cashew nut shell (CNS) was selected as the biomass ash and compared with the most efficient BaO catalyst in previous studies. The effect of catalyst according to temperature condition variables was identified, and finally, pyrolysis oil and styrene monomer yields were compared. Pyrolysis experiments showed that the oil and SM masses produced was maximum (37.42 g oil, 30.18 g SM) when using CNS ash catalyst at 400 °C, which was selected as the optimal condition for waste EPS-based SM conversion.
미이용 바이오매스를 활용한 저회분 바이오매스 생산 기술 개발
최영찬(Young-Chan Choi),이영주(Young-Joo Lee),송규섭(Gyu-Seob Song),박주형(Ju-Hyoung Park),락와더르지(Lkhagvadorj Sh),노영훈(Young-Hoon Noh),김진성(Jin-Seung Kim),김용구(Yong-Ku Kim) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11
전 세계적으로 탄소중립에 대한 화두는 화석연료의 사용을 축소시키는 방향으로 진행되고 있다. 신재생에너지인 태양광과 풍력의 설비 증설 및 발전 비중을 증가시키고 있는 상황이며, 미래의 에너지원으로서 수소와 관련된 연구가 다수 진행되고 있는 상황이다. 하지만, 이와 같은 신재생에너지원들은 환경에 영향을 많이 받는 에너지원이기 때문에 기존 석탄 화력발전소 설비를 그대로 활용할 수 있으며, 탄소중립의 효과를 얻을 수 있는 바이오매스 자원에 대한 연료화 기술이 활용되고 있다. 연료로 사용되는 바이오매스는 대부분 목질계 바이오매스 기반인 우드펠릿을 주로 사용하고 있다. 하지만, 우드펠릿의 사용량이 증가하게 되면 산림파괴와 나무가 성장하는데 소요되는 시간, 지속적으로 흡수 가능한 CO₂의 양 등을 고려하게 될 경우, 좋은 선택지라고 볼 수는 없는 상황이다. 그렇기 때문에 현재 활용되지 못하고 있는 미이용 바이오매스인 농업 부산물(옥수수대, 왕겨, 밀대 등)과 임업 부산물(나무 잔재물 등)을 활용하여 연료화 하는 연구가 지속적으로 수행되고 있는 상황이다. 하지만, 이와 같은 농업/임업 부산물은 기존 우드펠릿에 비해 회분의 절대량이 많으며, 특히 회분 내 과량 포함된 알칼리 미네랄 성분(K, Na, Cl 등)으로 인하여 발전용 연료로 적용 시 보일러 내부의 파울링, 클링커, 고온부식 등의 연소 장애를 발생시키고 있다. 또한, 알칼리 미네랄 성분의 입자는 1um 이하를 형성하고 있기 때문에, 연소 후단 백필터에서 처리하지 못한 초미세먼지가 외부로 배출되는 문제가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 이와 같은 농업/임업 부산물에 포함된 알칼리 미네랄 성분을 제거하기 위한 저회분 바이오매스 연료(Ashless Biomass Fuel, ABF)를 개발하였으며, 기존의 회분제거 방식인 고온/고압의 전처리 방식이 아닌, 90℃ 이하의 상온/상압의 조건에서 바이오매스에 포함된 알칼리 미네랄 성분을 약 95% 이상 제거가 가능하도록 공정을 구성하였다. 온도/체류시간/촉매 조건에 따른 파일럿 설비에서 생산된 저회분 바이오매스 연료를 0.1MWth 유동층 연소 결과 파울링 저감율 약 93%, 고온부식을 유발하는 HCl 가스 약 90%를 저감하는 결과를 얻을 수 있었다.
NOx 배출 감소를 위해 ClO2를 이용한 습식 산화 공정 개발
박주형(Ju-Hyoung Park),노영훈(Young-Hoon Noh),최영찬(Young-Chan Choi),박세준(Se-Joon Park),국화(Hwa Guk),김민수(Minsu Kim),강승창(Seung Chang Kang) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11
발전 및 제조업 분야에서 화석연료 연소에 의해 발생되는 NOx는 현재 일반적인 SCR(selective catalytic reduction), SNCR(selective non catalytic reduction)이 가장 널리 사용되고 있다. 이 공정은 배기가스에 포함된 NOx를 질소로 전환하지만 복잡한 시스템, 넓은 점유 면적, 높은 화학물질 소비, 높은 투자비용, 큰 운영비용, 암모니아 누출과 같은 여러 가지 단점을 가지고 있다. 기존 NOx 제거 공정의 단점을 해결하고 시스템을 단순화 하면서 비용을 효과적으로 절감하기 위해 습식 산화 공정 개발이 최근 몇 년간 광범위 하게 연구되었다. 데모 규모의 설비에서 저농도 NaClO₂ 용액은 80% 이상의 NO 제거율을 보이고 있으나 약품의 가격, 심각한 설비 부식 문제가 발생되어 추가적인 후속 연구가 필요한 상황이다. 본 연구에서는 NaClO₂를 ClO₂로 대체하여 lab 규모 NOx 습식 산화를 통해 대기오염물질 배출 저감 연구를 수행하였다. ClO₂ 용액이 채워져 있는 반응조에 300ppm의 NO가스를 정량적으로 공급한 뒤 반응조 후단에 설치된 가스분석기를 통해 NO가스 농도를 측정하여 제거율을 계산하였다. ClO₂ 농도는 0.03, 0.05, 0.1wt%, 반응 온도는 상온, 50, 70도에서 실험을 진행하였다. 농도가 높아질수록 NO가스 산화율이 증가하였으나 온도가 높아짐에 따라 산화 반응성이 감소하는 추세를 확인하였다. ClO₂ 0.05wt% 농도, 상온 조건에서 NO가스 제거율이 99%에 도달하였다.
투명 전도성 산화물이 코팅된 유전체의 단방향 레이다 단면적 측정
임형래(Hyeong Rae Im),노영훈(Yeong Hoon Noh),홍익표(Ic Pyo Hong),권순형(Soon Hyeong Kwon),윤영준(Young Joon Yoon),황민제(Min Je Hwang),최광식(Kwang Sik Choi),육종관(Jong Gwan Yook) 한국전자파학회 2019 한국전자파학회논문지 Vol.30 No.9
군사 무기 체계 중 전투기에서 구조적으로 큰 비중을 차지하는 조종석 캐노피는 레이다 단면적(radar cross section: RCS) 저감 성능 확보와 함께 높은 가시광선 투과율을 요구한다. 본 논문에서는 가시광선 영역에서 높은 광투과율과 낮은 Haze 특성 구현이 가능한 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide: TCO)이 코팅된 아크릴계 유전체의 단방향 레이다 단면적(monostatic RCS) 특성을 실험을 통해 분석하였다. RCS 측정 교정을 위해 완전 도체를 가정한 구리로 된 도체 평판을 사용하였고, 안테나 및 산란체의 원거리장 조건을 확보하여 측정 오차를 최소화시켰다. TCO 단면 및 양면코팅된 샘플의 monostatic RCS를 측정한 결과, 수직 입사 조건에서 도체 평판 대비 약 2.9 dB, 7.24 dB의 감소치를 확인하였다. 5°, 10°의 경사 입사 조건에서 각 샘플의 RCS 변화 경향 또한 측정을 통해 함께 확인하였다. In military weapon systems, the cockpit canopy that occupies a large region of a fighter aircraft requires both high visible light transmittance and Radar Cross Section(RCS) reduction performance. In this investigation, the monostatic RCS of an acrylic dielectric coated with a transparent conducting oxide that can realize high light transmittance and low haze characteristics in the visible spectrum, was experimentally analyzed. To calibrate the RCS measurement, assuming a perfect electric conductor, a conducting plate made of copper was used and the measurement error was minimized by satisfying the far-field condition of the antenna and scatterers. The monostatic RCS of TCO single-sided and double-sided coated samples was measured. As a result, an RCS reduction of approximately 2.9 dB and 7.24 dB, respectively, was confirmed under normal incidence condition, compared to the conducting plate. In addition, RCS variations of each sample were confirmed by measurement performed at 5° and 10° oblique incidence.