강수에 따른 매립가스 추출량의 변화

최지범 서울産業大學校 産業大學院 2005 국내석사

근래에 국내에서도 쓰레기 매립장에서 발생하는 메탄가스를 이용하여 에너지화 하는 기술이 상용화되고 있다. 본 연구에서는 매립가스를 자원화 하는 과정중 매립가스 포집에 있어서 강수가 미치는 영향에 대해 연구하였다. 실험은 매립지와 가장 가까운 기상청 AWS의 강수량 자료를 토대로 매립장의 매립가스 포집량을 분석하였으며, 전국 매립지 중에서 매립가스 자원화 시설이 되어있고 실험기간 내에 시설 운전기록이 가능한 대전 금고동 매립지를 선별하여 자원화시설 운전분석과 강수량 데이터의 분석을 통해 강수가 매립가스 포집량에 어떠한 변화를 주는지 연구하였다. 대전 금고동 매립장의 경우 포집된 매립가스를 원료로 전기를 생산하고 한국전력에 생산된 전기를 판매하고 있다. 본 실험에서는 매립가스의 포집량과 비례관계가 있는 전기 생산량을 분석하여 강수량별 포집량 변화를 연구하였다. 실험결과 매립지에 비가 내렸을 경우 강우량에 따라 매립가스 포집량이 증가됨을 알 수 있었다. 또한 강우의 양에 따라 매립가스 포집증가 유지기간에도 차이가 있음을 밝혀내었다. 이러한 실험 결과는 매립가스 포집시에 인위적인 살수로 가스 포집량을 증가시킬 수 있음을 말해준다. Recently technologies for turning LFG-landfill gas occurring at landfills into energy resource are being commercialized in Korea. The present study examined the effects of rainfall on LFG-landfill gas extraction in the process of turning LFG-landfill gas into energy resource. The experiment analyzed the quantity of LEG-landfill gas extraction based on rainfall data from the automatic weather system (AWS) of Korea Meteorological Administration closest to landfills. We selected the landfill at Geumgo-dong, Daejeon, which had facility to turn LFG-landfill gas into energy resource and was operable during the period of experiment, and examined how rainfall changed the quantity of LFG-landfill gas extraction through analyzing data on facility operation and rainfall. According to the result, when there was rainfall in the landfill, the quantity of LFG-landfill gas extraction increased. In addition, the lasting period of the increased LFG-landfill gas extraction was different according to rainfall. The results of the experiment suggest that the quantity of gas extraction can be increased by artificial sprinkling in LEG-landfill gas extraction.

Theoretical analysis of animal movements for resource acquisition and strategies of resource allocation to offspring

최지범 서울대학교 대학원 2021 국내박사

Animal strategies of resource acquisition including optimal foraging and transport of resources are under natural selection for fitness maximization. Additionally, the optimization of resource allocation to offspring is the critical component of parents’ fitness. I analyzed the efficient way of resource transporting and foraging of ants based on the novel algorithm of speed estimation that I developed. The proposed algorithm in the thesis is speculated to be more reliable than the previous method of estimating speed with a fixed time window and summation of straight distances. Empirical observations formulated from this algorithm indicate that the tortuosity and convergence of the pheromone-based ant trajectories varied by elapsed time. The trajectories became less tortuous and converged as time went by. The distribution of ant trajectories across the passable impediment was analogous to the optical principles of travel time minimization as trajectories on convex-shaped impediments were most dispersed. To contribute to the current theories of parental allocation to offspring, I developed the simulation model that was inspired by the passerine growth curves and nestling mortality. The model results provide predictions when parent birds provide biased offspring-sex-specific care depending on brood sex ratio and food availability. It was revealed that the size of the preferred group should increase with food availability. This model can also be utilized to predict the effect of the cross-fostering method. According to model results, the correlation of natural primary sex ratio and provision strategy had notable effects in total and sex-specific nestling mortality. To generalize the theory of optimal parental allocation, I ran computational models with different sets of offspring fitness functions. Given that offspring have identical fitness functions, then it was optimal to choose some offspring and invest equitably in them, which was proven mathematically as well. If offspring fitness functions differ for males and females, and parents are able to distinguish each of nestlings in parental provisioning, then a tangent line of fitness function through the origin could work as the decisive factor of optimal parental allocation rule. The methodologies, results, and discussions in the present thesis are expected to provide insights into the analysis of animal resource gathering and allocation strategies. 최적의 먹이 탐사와 운반을 포함하는 동물의 자원 수집 전략은 적응도 최대화를 위한 자연 선택의 영향 아래 있다. 또한, 자손에 대한 최적의 자원 분배는 부모 적응도의 핵심적인 요소이다. 필자는 스스로 개발한 속력 측정 알고리즘에 기반하여, 개미의 효율적인 자원 운반과 먹이 탐사를 분석하였다. 제안된 알고리즘은 고정된 시간 틀과 직선거리의 합을 사용하는 기존의 속력 추정 방법보다 더 신뢰 가능한 것으로 사료된다. 이런 알고리즘으로 도출한 경험적 관측은 개미 경로의 꼬임 정도(tortuosity)와 집중도(convergence)는 경과 시간에 따라 변한다는 것을 보였다. 경로는 시간이 흐를수록 덜 꼬인 모습이었으며, 수렴되는 양상을 보였다. 통과 가능한 방해물을 지나는 개미 경로의 분포는 볼록 렌즈 모양의 방해물 위에서 가장 흩어져 있었으므로 최소 시간의 광학 원리와 유사했다. 자손에 대한 부모의 분배 이론에 기여하기 위해, 필자는 연작류(passerine)의 성장 곡선과 자손 사망률에서 영향을 받은 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 모델의 결과는 한배 성비(brood sex ratio)와 먹이 이용 가능성(food availability)에 의존하는 성 편향적 돌봄에 대한 예측을 제공한다. 이러한 모델은 교차 육성(cross-fostering) 방법의 효과를 예측하는 데에도 활용될 수 있다. 모델 결과에 의하면, 자연적인 일차적 성비와 양육 전략 사이의 연관성은 전체 및 성 특이적 자손 사망률에 주목할만한 영향을 주었다. 부모의 최적 분배 이론을 일반화하기 위하여, 필자는 자손 적응도 함수(offspring fitness function)의 여러 집합으로 계산 모델을 실행하였다. 자손이 동일한 적응도 함수를 가진다는 가정하에, 몇몇 자손을 골라 그들에게 동등하게 투자하는 것이 최적이었으며, 이는 수학적으로도 증명되었다. 만일 수컷과 암컷 사이에 자손 적응도 함수가 다르며, 부모가 먹이 급여 시 각 새끼를 구분할 수 있다면, 원점을 지나는 적응도 함수의 접선이 최적 부모 배분을 결정하는 요소로 작용할 수 있다. 본고(本稿)의 이러한 방법론, 결과, 논의는 동물의 자원 수집과 배분 전략을 분석하는 데 통찰을 제공할 것으로 기대된다.

새로운 예술 형식으로서의 컴퓨터 게임 연구

최지범 국민대학교 종합예술대학원 2010 국내석사

본 논문은 컴퓨터 게임에 내재된 다양한 예술적 가능성을 모색함으로써 새로운 예술 형식을 탐구하는 데에 목적을 둔다. 현재까지의 게임의 역사에서 컴퓨터 게임만큼 예술과의 간극이 좁혀진 경우는 흔치 않다. 현재의 컴퓨터 게임 문화는 다분히 미학적인 것에 대한 관심 속에서 형성되고 있다. 미학적인 것에 대한 관심이란 비단 미적 관심뿐만 아니라, 자기표현과 소통, 그리고 이를 위한 수사학적 장치에 대한 관심도 포함한다. 컴퓨터 게임이 예술에 다가가고 있는 것처럼 예술 또한 컴퓨터 게임의 담론들을 공유하고 있다. 놀이성, 인터렉티브, 가상현실 등 현대 예술의 담론들은 컴퓨터 게임과의 관계 속에서 형성되어 왔다. 이러한 양자 간의 상호작용 과정 속에서 컴퓨터 게임이 가진 예술적 가능성을 탐구하는 다양한 예술작품들이 등장하고 있다. 본인의 작품 또한 이러한 맥락에서 진행되고 있으며 컴퓨터 게임의 매체적 특수성을 보다 적극적으로 예술작품에 적용하기 위한 이론적 틀을 연구하고 있다. 현대사회는 게임을 즐기는 사회만이 아니라 게임을 만드는 사회이기도 하다. 하루에도 셀 수 없이 많은 새로운 게임들이 모바일, 아케이드, PC, 게임기 등을 통해 등장하고 있는 현재의 상황은 역으로 수많은 인구가 새로운 놀이를 개발하기 위해 분투하고 있음을 의미한다. 디지털 미디어의 성능과 인터페이스의 발달, 그리고 게임 개발 도구의 발달은 게임 개발 과정을 소수의 전문가 집단의 영역에서 다수의 비전문가의 영역으로 확대한다. 게임 개발의 기술적 수월성은 게임이 근 미래에 자기표현의 보편적 수단으로 자리매김 할 것임을 의미한다. 실제로도 이미 다양한 종류의 게임 제작 툴이 배포되었으며 이를 이용한 자작 게임을 게임 개발 커뮤니티를 통해 공유되고 있다. 게임과 예술은 모두 탈맥락화라는 공통된 과정을 통해 달성된다. 일상적 맥락에서 벗어난 새로운 맥락을 만듦으로써 정체된 관념을 환기하는 것을 의미하는 탈맥락화 과정은 예술, 게임, 여가 등의 형식으로 사유의 새로운 원동력을 제공한다. 또한 양자는 모두 현실에 대한 알레고리이다. 게임과 예술은 모두 시대적 상황에 대한 작가의 시선을 은유적으로 담아낸다. 그리고 양자는 모두 자기만의 공간에서 스스로의 질서를 만들어낸다. 가상공간, 캔버스, 스크린, 무대 등의 일정한 틀 내에서만 존재하는 독자적 세계는 그 세계 내에서만 통용되는 질서의 변증법적 발전 속에서 가치를 획득한다. 이러한 게임과 예술의 유사성에 대한 고찰 속에서 게임을 이용한 예술 제작의 방법을 모색할 수 있다. 본인의 일차적 관심은 사적인 경험을 표현하는 데에 있는 것이 아니라 컴퓨터 게임이 가진 예술적 가능성을 다각도로 실험하는 매체 연구에 있다. 따라서 본인은 논문을 작성함에 있어서 본인의 작품을 소개하는 것 보다 컴퓨터 게임 자체에 대한 매체 특수성을 미학적 관점에서 연구하고 예술적 가치를 발견하는 데에 비중을 두었다. 이에 본인의 작품뿐만 아니라 컴퓨터 게임의 예술적 가치에 대한 관심을 갖고 있는 예술가들에게 다양한 사유의 소재들을 제공할 수 있기를 바란다.

탄소섬유의 종류와 전처리가 C/SiC 세라믹 매트릭스 복합소재의 기계적 물성에 미치는 영향에 대한 연구

최지범 연세대학교 대학원 2025 국내석사

Until now, research on C/SiC composite materials has mainly used T300-grade carbon fibers, but recently, due to the increase in demand and supply of high-strength carbon fibers and the diversification of domestic companies, T700-grade carbon fibers with higher tensile strength than T300-grade are mainly being used. However, it is difficult to find cases that compare and analyze the differences in mechanical properties and their causes according to the application of T300-grade and T700-grade carbon fibers in the CMC manufacturing process. This study produced CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) by curing prepregs manufactured by impregnating T300-grade and T700-grade carbon fiber fabrics with phenol resin, and the CFRP was degreased at 600℃ in a nitrogen atmosphere and carbonized in a vacuum atmosphere at 1600℃ in sequence to produce a porous fiber preform. After that, the LSI (Liquid Silicon Infiltration) process of melting and impregnating Si in a vacuum atmosphere at 1550℃ was used to produce C/SiC composites. Through this process, the microstructure, matrix densification, and mechanical strength of the CFRP and C/SiC composites manufactured for each carbon fiber were evaluated, and their differences were compared and analyzed. As a result, it was determined that the main causes of the decrease in mechanical strength were the decrease in fiber weight in the high-temperature heat treatment process due to the high oxygen content, the low fiber-matrix bonding force due to the carbon fiber surface structure, and the macro residual Si formed by the wide cracks between the fiber bundles and the matrix of the carbonized body. Therefore, in this study, we tried to confirm the effect of surface pretreatment using strong bases such as KOH and Ar plasma on the mechanical properties of C/SiC composites. For both carbon fibers, it was confirmed that the sizing agent was effectively removed through KOH and Ar plasma pretreatment, and in particular, in the case of T300-grade carbon fiber, the weight loss in a high-temperature heat treatment environment was reduced by up to about 4.3% compared to the existing one. However, damage to the carbon fiber surface due to the pretreatment was also confirmed. Afterwards, the gap between the fiber bundle and the matrix of the carbonized body was measured, and it was found that the T300-grade had a wider gap than before due to a decrease in the fiber-matrix bonding strength and damage to the fiber surface caused by the fiber surface pretreatment. On the other hand, in the case of T700-grade, the gap between the fiber bundle and the matrix was reduced due to the improved fiber-matrix bonding strength caused by the introduced unevenness, and it was confirmed that this significantly reduced the residual Si in the C/SiC composite. Based on this, the mechanical strength of C/SiC composites with carbon fiber surface pretreatment was evaluated, and as a result, the mechanical strength of the T300-grade C/SiC composite decreased by up to 15.7% compared to the existing material despite the small weight loss of the fiber in the high-temperature heat treatment environment. On the other hand, the mechanical strength of the T700-grade C/SiC composite with the same surface pretreatment was significantly improved by up to 59.2% compared to the existing material due to the effect of the crack spacing of the carbide body reduced due to the improvement in surface bonding force and the reduction in residual Si in the C/SiC composite matrix. Therefore, it can be seen that the mechanical strength of C/SiC composites is more affected by the change in carbon fiber surface roughness or surface bonding force due to the fiber surface pretreatment process than by the effect of weight reduction of carbon fibers. 지금까지 C/SiC 복합소재 관련 연구에서는 T300급 탄소섬유를 주로 이용하였으나, 최근 고강도 탄소섬유의 수요와 공급이 증가하였고 국내 기업이 다변화된 배경으로 인해, T300급보다 인장 강도가 높은 T700급 탄소섬유가 주로 사용되는 추세이다. 그러나, CMC 제조 공정에 있어 T300급 및 T700급 탄소섬유의 적용에 따른 기계적 물성의 차이와 그 원인을 비교하고 분석한 사례는 거의 찾아보기 어렵다. 본 연구는 T300급 및 T700급 탄소섬유 직물에 페놀레진을 함침하여 제작된 prepreg를 경화시켜 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)를 제작하였고, CFRP를 600℃의 질소분위기에서 탈지와 1600℃의 진공분위기에서 탄화공정을 차례대로 거쳐 다공성의 섬유 preform을 제조하였다. 이후, 1550℃의 진공분위기에서 Si 용융 함침 시키는 LSI(Liquid Silicon Infiltration)공정을 거쳐 C/SiC 복합소재를 제조하였다. 이 과정을 통해 각 탄소섬유 별로 제조된 CFRP와 C/SiC 복합소재의 미세구조 및 기지상 치밀화도, 기계적 강도 등을 평가하고 그 차이점을 비교, 분석하였다. 그 결과, 높은 산소 함량으로 인한 고온 열처리 공정에서의 섬유 증량 감소, 탄소섬유 표면 구조로 인한 섬유-기지 간 낮은 결합력, 탄화체의 섬유 bundle과 기지 사이 넓은 crack으로 인해 형성된 macro한 잔류 Si 등을 기계적 강도 저하의 주요 원인으로 판단하였다. 그리하여, 본 연구에서는 탄소섬유에 강염기인 KOH와 Ar plasma를 통한 표면 전처리를 적용하여 C/SiC 복합소재의 기계적 물성에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 두 탄소섬유 모두 KOH와 Ar plasma 전처리를 통해 sizing agent가 효과적으로 제거됨을 확인하였으며, 특히 T300급 탄소섬유의 경우 고온 열처리 환경에서의 중량 감소가 기존 대비 최대 약 4.3% 만큼 감소하였다. 그러나 전처리로 인한 탄소섬유 표면 손상 역시 확인할 수 있었다. 이후, 탄화체의 섬유 bundle과 기지 사이 crack의 간격을 측정한 결과, T300급은 섬유 표면 전처리로 인해 섬유-기지 간 결합력이 떨어지고 섬유 표면이 손상되어 기존보다 넓어졌다. 반면, T700급은 도입된 요철로 인한 섬유-기지 간 결합력 향상으로 인해 섬유 bundle과 기지 사이 crack의 간격이 감소하였으며, 이로 인해 C/SiC 복합소재 내 잔류 Si가 대폭 감소함을 확인하였다. 이를 바탕으로 탄소섬유 표면 전처리를 진행한 C/SiC 복합소재의 기계적 강도를 평가한 결과, T300급 C/SiC 복합소재는 고온 열처리 환경에서 섬유의 중량 감소가 적었음에도 불구하고 기존에 비해 최대 15.7%만큼 기계적 강도가 감소하였다. 반면 동일하게 표면 전처리를 진행한 T700급 C/SiC 복합소재는 표면결합력 향상으로 인한 탄화체의 crack 간격 및 C/SiC 복합소재 기지 내 잔류 Si감소의 영향으로 기존 대비 최대 59.2%만큼 기계적 강도가 대폭 향상되었다. 따라서, C/SiC 복합소재의 기계적 강도는 탄소섬유의 중량 감소가 미치는 영향보다 섬유 표면 전처리 공정에 의한 탄소섬유 표면 요철 혹은 표면결합력의 변화에 더 큰 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.