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물질 및 에너지 수지 분석을 통한 시설채소(오이)의 청정에너지 농업 시스템 구축을 위한 기초 연구
신국식(Kook-Sik Shin),김승환(Seung-Hwan Kim),오승용(Seong-Yong Oh),이상은(Sang-En Lee),김창현(Chang-Hyun Kim),윤영만(Young-Man Yoon) 한국토양비료학회 2012 한국토양비료학회지 Vol.45 No.2
본 연구는 바이오가스 생산시설과 연계하는 시설채소 오이의 청정에너지 농업 시스템 구축을 위하여 물질 및 에너지 수지 분석하였으며, 물질 및 에너지 수지 분석을 통해 시설채소 청정에너지 시스템의 도입 방안을 검토하였다. 시설채소 오이 재배지의 연간 가온용 순에너지요구량 (EYHED)을 충족시키는 바이오가스양은 촉성과 반촉성 재배에서 각각 9,482, 2,636 N㎥ 10a<SUP>-1</SUP> (60% 메탄함량을 기준)이었으며, 바이오가스 생산을 위해서 각각 양돈슬러리 511, 142 ㎥10a<SUP>-1</SUP>가 요구되었다. 해당 양돈슬러리에서 발생하는 질소(N)와 인산 (P₂O5)은 촉성재배에서 1,788, 511 kg 10a<SUP>-1</SUP>, 반촉성 재배에서 497, 142 kg 10a<SUP>-1</SUP>이었으며, 비료성분의 농지환원을 위해서는 촉성 재배의 경우 질소시비 기준 7.5ha, 반촉성 재배의 경우 질소시비 기준 2.1 ha의 오이재배면적이 요구되었다. 가온기간 중 촉성 재배에서 일일 가온에너지 요구량 (Ei,DHED)은 최소 7.7, 최대 515.1, 평균 310.2 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP>을 나타냈으며, 반촉성 재배에서 일일 가온에너지 요구량 (Ei,DHED)은 최소 5.3, 최대 258.0, 평균 165.1 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP>을 나타났다. 촉성 및 반촉성 재배에서 일일 가온에너지 요구량 (Ei,DHED)의 평균치를 기준으로 산출한 바이오가스 생산 시설의 양돈슬러리 유입용량은 각각 3.3, 1.7 ㎥ day<SUP>-1</SUP>이었으며, 일일 가온에너지 요구량 (Ei,DHED)의 최대값을 기준으로 한 유입용량은 각각 5.4, 2.7 ㎥ day<SUP>-1</SUP>로 나타났다. 또한 소화액의 처리측면에서 지역특성에 따라 액비이용을 고려한 바이오가스 생산시설 용량설계와 하절기의 잉여 바이오가스 활용 방안의 모색이 필요하였다. Clean energy farming is the agricultural activity to improve an efficiency of agricultural energy use and to replace fossil fuels. This study was carried out to establish the clean energy farming system in the controlled cultivation of vegetable crop (cucumber) adopting the biogas production facility. In order to design the clean energy farming system, mass and energy balance was analyzed between the controlled cultivation system and the biogas production facility. Net yearly heating energy demands (EYHED) of forcing and semi-forcing cultivation types were 48,697 and 13.536 Mcal 10<SUP>-1</SUP> in the controlled cultivation of vegetable cucumber. To cover these EYHED, the pig slurry of 511 and 142 ㎥ 10a<SUP>-1</SUP> (biogas volume of 9,482 and 2,636 N㎥ 10a<SUP>-1</SUP>, respectively, as 60% methane content) were needed in forcing and semi-forcing cultivation types. The pig slurry of 511 ㎥ 10a<SUP>-1</SUP> caused N 1,788, P₂O5 511 kg 10a<SUP>-1</SUP> in the forcing cultivation type, and the pig slurry of 142 ㎥ 10a<SUP>-1</SUP> caused N 497, P₂O5 142 kg 10a<SUP>-1</SUP> in the semi-forcing cultivation type. The daily heating energy demand (Ei,DHED) by the time scale analysis showed the minimum Ei,DHED of 7.7 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP>, the maximum Ei,DHED of 515.1 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP>, and the mean Ei,DHED of 310.2 in the forcing cultivation type. And the minimum Ei,DHED, the maximum Ei,DHED, and the mean Ei,DHED were 5.3, 258.0, and 165.1 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP> in the semi-forcing cultivation type, respectively. Input scale of biogas production facility designed from the mean Ei,DHED were 3.3 and 1.7 ㎥ day<SUP>-1</SUP> in the forcing and the semi-forcing cultivation type. The maximum Ei,DHED gave the input scale of 5.4 and 2.7 ㎥ day<SUP>-1</SUP> in the forcing and the semi-forcing cultivation type.
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집적형 이온선택성 미세전극 센서에 적합한 토양화학 분석용 침출액 종 개발
신국식(Kook-Sik Shin),임우진(Woo-Jin Lim),이상은(Sang Eun Lee),이재선(Jae Seon Lee),차근식(Geun Sig Cha) 한국토양비료학회 2009 한국토양비료학회지 Vol.42 No.6
본 연구는 현장에서 신속히 토양양분을 측정하기에 적합한 집적형 미세 이온선택성 전극을 토양화학성분석에 이용하기 위하여, 이에 적합한 침출액의 종류와 양과 같은 분석방법을 개발 하는 데에 목적을 두었다. 대상 토양화학성들은 교환성 양이온들(K?, Ca²?, Mg²?, Na?)과 무기태 질소들(NH₄?, NO₃?) 이었으며, 분석법 개발의 목표는 다 성분 동시침출액 종 선발에 있었다. 침출액 자체에 존재하는 화학종들은 이온간 방해작용으로 이온선택성 전극의 분석능에 영향을 미친다. 순수용액 내에서는 0.01M HCl 과 1M LiCl 이 모든 분석대상 화학종과 그들의 존재 농도범위(10?¹M~10?⁴M)에 대하여 가장 Nernst 이론값에 근접하였다. 그러나 실제 토양 침출용액에서 1M LiCl은 고농도(1M)의 Li? 존재로 말미암아 분석대상 화학성분의 선택성이 현저히 낮아짐을 알 수 있었다. 반면에, 0.1M HCl로 침출하여 10배 희석 측정하거나 또는 0.01M HCl로 직접 침출하여 측정하는 것은 표준분석 방법과 고도의 유의성이 있는 상관관계를 보이므로 최적 분석 방법으로 밝혀졌다. 토양에 대하여 집적형 이온선택성 미세 전극을 사용한 분석치와 표준분석법 분석치의 사이의 회귀상관에서는 K?, Na?, Ca²?, NO₃?가 매우 우수한 회귀상관 관계를 보였다. 그러나 NH₄?이온은 K?이온과 혼재할 때 K?이온의 간섭으로 매우 낮은 선택성을 나타내었다. 또한, Mg²?이온은 현재까지 이온선택성 막을 위한 최적의 Ionophore(이온투과 담체)가 개발되어 있지 않아 분석의 어려움이 있었다. The primary goal of this research was to develop an optimized analytical procedure for soil analysis based on ion-selective microelectrodes for agricultural purposes, which can perform on-site measurement of various ions in soil easily and rapidly. For the simple and rapid on-site diagnosis, an analysis of soil chemicals was performed employing a multicomponent-in-situ-extractant and an evaluation of ionselective microelectrodes were conducted through the regressive correlation method with a standard analytical approach widely employed in this area. Examination of sensor responses between various soil nutrient extractants revealed that 0.01M HCl and 1M LiCl provided the most ideal Nernstian response. However, 1M LiCl deteriorated the selective response for analytes due to high concentration (1M) of lithium cation. Thus, employing either 0.1M HCl as an extractant followed by 10 times dilution, or 0.01M HCl as an extractant without further dilution was chosen as the optimal extractant composition. A study of regressive correlation between results from ion-selective microelectrodes and those from the standard analytical procedure showed that analyses of K?, Na?, Ca²?, and NO₃? showed the excellent consistency between two methods. However, the response for NH₄? suffered the severe interference from K?. In addition, the selectivity for Mg²? over Ca²? was not sufficient enough since available ionophores developed so far do not provide such a high selectivity for Mg²?. Therefore, as an agricultural on-site diagnostic instrument, the device in development requires further research on NH₄? analysis in the soil sample, development of Mg²?-selective ionophore, and more detailed study focused on potassium, one of the most important plant nutrients.
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신국식(Kook-Sik Shin),윤영만(Young-Man Yoon) 유기성자원학회 2021 유기물자원화 Vol.29 No.4
본 연구는 독일 유기물분해율 표준시험법인 VDI4630 시험을 통해 메탄 생성 및 유기물의 분해율을 조사하였으며 시험을 위해 농업 분야의 11개의 폐기물 바이오매스를 공시재료로 선택하여 시험하였다. 본 연구의 목적은 초기에 빠르게 분해되는 생분해성 유기물과 이후 천천히 지속적으로 분해되는 유기물의 비율을 계산하기 위해Double first-order kinetics 모델을 이용하여 유기물의 분포를 추정하고자 하였다. 그 결과로 본 연구에 적용된 모든 바이오매스는 초기 단계에서 빠른 분해를 보이다가 이후 분해 속도가 일정 시간 느려지기 시작하여 초기 분해 속도보다 10배 이상 느려지는 결과를 보였다. 이러한 분해율 변화 경향은 바이오매스 분해의 전형적인 형태이며 쉽게 분해되는 인자(k1)는 채소 작물에서 0.097~0.152 day-1 범위였고, 분해에 저항성을 가지는 인자(k2)는 0.002~0.024 day-1 사이에 위치하였다. 유기물 분해율이 높을수록 k1 상수 값이 더 크게 나타났으나 (0.152, 0.144day-1) 오이와 파프리카 열매와 같이 표면에 왁스층이 존재하는 부산물은 k1 값이 오히려 줄기보다 낮았고 (0.002, 0.005day-1), 무와 귤껍질도 k1 각각 0.097과 0.094 day-1로 낮은 분해율과 k1 값을 보여 유기물의 분해율은 이분해성 유기물 분해 상수인 k1 값에 크게 영향을 미치는 것으로 분석되었다. This study investigated methane productions and a degradation rate of organic matters by German standard method, VDI4630 test. In this study, 11 waste biomasses from agricultural fields were selected for the investigation. The objective of this study was to estimate a distribution of organic matters by using the Double first-order kinetics model in order to calculate the rate of biodegradable organic matters which degrade rapidly in the initial stage and the persistently biodegradable organic matters which degrade slowly later. As a result, all the biomasses applied in this study showed rapid decomposition in the initial stage. Then the decomposition rate began to slow down for a certain period and the rate became 10 times slower than the initial decomposition rate. This trend of decomposition rate changes is typical conditions of biomass decompositions. The easily degradable factors (k1) were raged between 0.097~0.152 day-1 from vegetable crops and persistent degradable factor (k2) were 0.002~0.024 day-1. Among these results, greater organic matter decomposition rates from VDI4630 had greater k1 values (0.152, 0.144day-1) and smaller k1 values (0.002, 0.005day-1) from cucumbers and paprika. In a meanwhile, radishes and tangerine rinds which had low decomposition rates showed 0.097 and 0.094 day-1 of k1 values and decomposition rates seems to affect k1 values.
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신국호(Kook-Ho Shin),오안섭(Ahn-Sup Oh),신건영(Kun-Young Shin),황홍환(Hong-Hwan Hwang),서석철(Seog-Chul Seo) 한국철도학회 2011 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2011 No.10
Recently railway operators are doing a lot of researches and studies in order to apply reliability technologies to their maintenance tasks. The maintenance in the aviation and the munitions industry has been developed enough to be benchmarked with the high quality reliability technologies; however railway industry is still situated in a rudimentary stage with insufficient & limited data. 5678 Seoul Metropolitan Rapid Transit Corporation which has 17 year experience of the EMU maintenance and system development has made a constant effort for appling RCM (Reliability Centered Maintenance) to the maintenance for a few years. In this connection the case study is to be introduced. This paper is based on 'RCM Gateway to World Class Maintenance' by Anthony M. Smith". The reliability technology are applied to the specific EMU and its system by 7 stages; accordingly applying SMRT's maintenance experience a unique standard for FMEA(failure mode effect analysis) & LTA(logical tree analysis) is established. Moreover for reasonable and effective preventive maintenance tasks the case considering an analysis of failure effects is selected in the final step 7. SMRT will develop reliability technologies through the application of the results to all the EMU systems.
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