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김대형,김지환,이현복 한국지구시스템공학회 2008 한국지구시스템 공학회지 Vol.45 No.2
한국은 에너지자원의 97%를, 금속광물자원의 99%를 수입에 의존하고 있어 세계 자원 수급 및 시장 변동에 매우 취약한 경제구조를 갖고 있다. 이러한 이유로 정부는 해외자원개발 진흥을 위한 국가 기본계획을 수립하여 정책적 지원을 시행하고 있다. 한국의 해외자원개발 투자는 1977년 처음 시작되어 최근 투자규모가 크게 증가하고 있으나 국내 수요 규모와 비교하여 여전히 미미한 수준에 그치고 있다. 정부는’07년8월<제3차 해외자원개발 기본계획>수립을 통해 해외자원 자주개발 목표를 상향 조정하였으며, 이를 실현하기 위한 추진과제로 범정부적인 해외자원개발 정책수립 추진체계의 개선, 자원개발 전문기업의 육성, 자원외교의 강화, 전략적 자원개발 추진체계 마련 및 기업지원을 위한 자금, 전문인력, 기술개발, 정보지원 강화 전략을 수립하여 이를 추진토록 하였다. 이들 정책들이 성공적으로 시행될 경우 석유·가스의 자주개발율은 3.2%(’06년)에서 28%(’16년)로, 6대 광물자원의 자주개발율은 16.6%(’06년)에서 38%(’16년)로 증가하여 국제 자원위기에 대한 대응 능력과 국가 자원 안보가 크게 개선될 것으로 기대된다.
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소디움실리케이트 수용액으로부터 소디움이온의 제거 및 실리카 솔 제조 연구
김철주,김성돈,윤호성,장희동 한국지구시스템공학회 2008 한국지구시스템 공학회지 Vol.45 No.6
높은 비표면적과 우수한 표면 특성을 지닌 콜로이드 실리카는 화학적으로 안정된 무기재료로서 각종 산업에서 다양한 용도로 사용되고 있다. 그러므로 본 연구에서는 소디움실리케이트 수용액으로부터 양이온교환수지를 이용한 소디움 이온의 제거와 핵 생성에 필요한 소디움실리케이트 수용액의 산화반응 특성 그리고 이들 출발용액의 솔-젤 반응에 의한 실리카 솔 제조에 대하여 고찰하였다. 이온교환수지탑을 이용하여 Na<SUP>+</SUP>잔존 함량이 25 ppm 이하인 실리케이트 수용액을 얻기 위해서는 5배 희석한 소디움실리케이트 수용액을 선속도 1.02 cm/min로 투입하는 것이 적절하며, 양이온교환수지의 H<SUP>+</SUP>/Na<SUP>+</SUP> 처리량은 약 1.78 meq/㎖이었다. SiO<SUB>2</SUB>를 2 wt.% 함유한 소디움실리케이트 수용액은 황산으로 산화시키기에 적당하며, 소디움 이온을 제거한 후, 안정된 실리케이트 수용액을 얻기 위해서는 용액의 pH가 9 이상으로 조절되어야 한다. 소디움실리케이트 수용액으로부터 소디움이온이 제거된 핵생성 산화실리케이트 수용액과 실리케이트 수용액을 pH 10-11로 조절하여 혼합한 다음, 20-80℃에서 솔-젤 반응하여 5-10 nm 정도 크기의 실리카 솔 입자를 제조하였다. 실리카 솔 제조 후, 2차 입자 성장을 위하여 실리케이트 수용액을 재 첨가하여 입자 크기 약 20 nm의 실리카 솔을 제조하였으며, 솔-젤 반응에 따른 실리카 솔 입자는 규산 종의 자체적인 축합중합을 통하여 실리카 핵이 형성되고 서로 간의 응집 보다는 실리카 입자 표면과 반응성 실리케이트 사이의 축합중합반응에 의하여 실리카 입자가 성장한다.
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최적인적자본모형을 이용한 국내 가스하이드레이트 R&D사업의 인력양성효과 추정에 관한 연구
허은녕,이유아,김진수 한국지구시스템공학회 2008 한국지구시스템 공학회지 Vol.45 No.5
기술 인력 양성은 에너지·자원 연구개발 사업의 중요한 효과이다. 하지만 에너지·자원 연구개발사업으로 인해 발생되는 인력양성 효과를 측정하는 연구들은 활발히 이루어지지 않고 있다. 또한, 기존 인력양성 연구들은 지수법이나 설문법에 의존하여 인력양성 효과를 측정하기 때문에 인력양성으로 발생하는 경제적인 효과를 정량화 하지 못하는 단점이 있다. 본 연구에서는 현재 추진 중인 주요 에너지 관련 R&D 사업의 하나인 가스하이드레이트 개발사업 수행을 통해 발생하는 인력양성효과를 최적인적자본 모형을 통해 정량화 하였다. 연구결과 1년간 발생할 수 있는 인적자본 축적액은 전체 인건비의 약 50%에 달하는 2억 1400만원~6억 1000만원에 이를 것으로 추정되었다. 이와 같은 결과에 따라 연구개발사업의 효과를 측정함에 있어서 인력양성 효과는 간과 할 수 없는 중요한 요인임을 알 수 있다.
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김영주,한상목,이동길,황영규 한국지구시스템공학회 2008 한국지구시스템 공학회지 Vol.45 No.5
국토의 균형적인 개발, 친환경적인 도시개발 및 재개발, 도로의 급격한 증가 등으로 예상하기 어려운 관로 수요가 발생하고 있다. 이에 따라 각각의 관련기관은 매년 막대한 예산을 집행하여 중복적인 관로 공사를 시행함으로써 도로 수명 단축, 교통 장애, 환경문제 및 민원 발생 등을 야기하고 있다. 이것은 기존의 관로 공법은 도로를 절단 후 지반을 절토하여 관로를 매설하는 개착식 공법이 갖는 필연적인 문제로써 이에 대한 해결방안이 국가적 차원에서 요구되고 있다. 그 동안 국내에서는 일부 기관에서 외국의 비개착 장비 및 공법을 도입하여 시공하고 있으나, 국토의 70%가 산으로 이루어진 국내 지반 여건에 적합하지 않아 현장에 적용하는데 많은 어려움을 겪고 있다. 따라서 국내 지반 여건에 적합한 개량된 한국형 첨단 비개착 공법의 개발이 절실하다.
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GFH(Granular Ferric Hydroxide)를 이용한 불소 흡착연구
정우식,지민규,이상훈,Kumar, Eva,Bhatnagar, Amit,김선준,전병훈 한국지구시스템공학회 2008 한국지구시스템 공학회지 Vol.45 No.5
Granular Ferric Hydroxide(GFH)의 불소제거제로의 적용가능성을 알아보기 위해 10 mg/L의 불소농도 조건에서 GFH의 불소 흡착능력을 평가하였다. GFH의 불소 흡착은 반응초기에 빠르게 진행되어 5분 이내에 흡착율이 50%에 이르렀고 30분 이내에 흡착평형에 이르렀다. 또한, GFH의 불소 흡착량은 0.052 mmol/g이었고 흡착 결과는 Langmuir 흡착등온식으로 가장 적합하게 모사되었다. 흡착 메커니즘을 규명하기 위하여 간단한 속도 모델인 Lagergren의 pseudo-first-order model과 Weber와 Morris의 intraparticle diffusion model을 적용하였다. GFH를 이용한 불소 흡착시스템은 pseudo-first-order model로 잘 설명되고, intraparticle diffusion model을 통해 잘 설명된다. 불소가 GFH에 흡착될 때, 표면에 흡착될 뿐만 아니라 GFH입자 내로의 분산도 일어나는 것으로 나타났다.
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남명진,한누리,최지향,이태종,김희준,송윤호 한국지구시스템공학회 2008 한국지구시스템 공학회지 Vol.45 No.5
MT 탐사가 포항과 제주도 등지에서 지열에너지 개발을 위해 한국지질자원연구원의 주도 하에 최근 활발하게 진행되고 있다. MT 탐사에서는 비교적 낮은 주파수 대역을 이용하므로 포항이나 제주도와 같이 바다에 인접한 지역에서 획득한 MT 탐사 자료는 바다효과로부터 자유로울 수 없다. 따라서 MT 자료의 역산에서 이러한 바다효과를 고려하지 않는다면 역산 결과는 잘못된 해석을 초래할 가능성이 높다. 바다효과가 포함된 MT 자료를 해석하는 방법으로는 바다를 역산 과정에 포함하는 방법과 바다효과를 MT 자료에서 제거하는 방법을 생각할 수 있다. 바다를 포함하는 역산은 육지와 바다의 전기비저항의 현저한 차이로 인해 모델링의 수렴성에 관한 어려움이 있다. 이 연구에서는 MT 자료에서 바다효과를 제거하는 방법을 제시하고, 섬모델에 대해 계산한 MT 자료를 보정하여 바다효과 보정의 효용성을 확인하였다. 뿐만 아니라 바다효과를 보정한 MT 자료의 역산을 통해 지하 매질의 전기비저항 구조를 성공적으로 구현할 수 있음을 확인하였다.
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셀 기반 유한차분법을 이용한 이방성 매질에서의 시간영역 탄성파 모델링
이호용,민동주,권병두,유해수 한국지구시스템공학회 2008 한국지구시스템 공학회지 Vol.45 No.5
지하 내부에 존재하는 암석은 여러 가지 원인에 의해 이방성을 지니므로 탄성파 모델링이나 실제 자료의 역산에서 이방성 구조를 고려해야 한다. 이를 위해 많은 탄성파 모델링 방법들이 시도되었으나, 적용하기 쉽고 실제 지하구조를 정확하게 표현할 수 있는 방법이 필요하다. 본 연구에서는 시간영역 변위근사 셀 기반 유한차분법을 이방성 매질에 적용하였다. 셀 기반 유한차분법은 변위자체를 사용하기 때문에 메모리와 계산시간이 엇격자법에 비해 매우 적게 소요된다. 또한 이 방법은 물성의 평균값을 사용하지 않기 때문에 매질의 성질이 급변하는 경계에서도 정확한 해를 제시할 수 있다. 모형경계에서 발생하는 인공적인 반사파를 제거하기 위해서 등방성 매질에서 고안되었던 Higdon의 흡수경계조건을 이방성 매질에 적용하였다. 셀 기반 유한차분법은 등방성 매질의 자유면 경계조건뿐만 아니라 이방성 매질을 포함하는 여러 가지 모형에서 매우 정확한 해를 제시함을 확인할 수 있었다.
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정문영,이경용,문재운 한국지구시스템공학회 2008 한국지구시스템 공학회지 Vol.45 No.5
본 연구의 목적은 무기염, 기포제 및 미립자의 종류가 수용액의 포말 특성에 미치는 영향을 파악하는 것이다. 이때 수용액의 기포력은 일정량의 가스주입으로 형성된 동적 안정 포말층의 부피로 평가하였다. 무기전해질인 NaCl은 수용액의 표면장력뿐만 아니라 기포력도 선형함수적으로 증가시켰다. 한편 부선용 비이온성 기포제인 MIBC와 α-terpineol은 수용액의 기포력을 증가시켰으나 표면장력은 감소시켰다. 부선용 기포제의 기포력은 담수일 때보다 해수일 때가 약간 더 우수하였다. 또한 그의 기포력은 수용액이 중성일 때 보다 염기성 일 때 더욱 우수하였다. 한편, 수용액의 종류에 상관없이 기포제의 농도가 동일할 때, α-terpineol의 기포력이 MIBC보다 더 우수하였다. MIBC가 첨가된 담수일 경우, 3상(기체-증류수-방연광)에서 형성된 포말층의 부피는 2상(기체-증류수)에서 형성된 것보다 더 많았다. 그러나 해수에서는 3상(기체-해수-방연광)에서 형성된 포말층의 부피가 2상(기체-해수)일 때 보다 더 적었다. 또한, 수용액의 특성과는 무관하게 미립의 석탄 입자가 존재할 때 생성된 포말부피가 미립의 방연광이 존재할 때 생성된 것보다는 더 많았다.
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한국지구시스템공학회 2008 한국지구시스템 공학회지 Vol.45 No.4
지중열교환기 시스템의 열교환율은 지반의 유효열전도도와 큰 연관성을 나타내므로 열응답 실험과 그 해석방법은 경제적인 지열 히트펌프 시스템 설계를 위하여 매우 중요하다. 2회의 열응답 실험이 200m심도의 수직밀 폐형 지중열교환기에서 실시되었으며, 일반적인 라인소스 모델과 Horner plot 방법을 이용하여 지반의 열전도도를 계산하였다. 본 연구에서는 일반적인 선형열원 방정식과 순환펌프 가동에 의한 회복되는 순환수 온도 자료를 이용한 Horner plot 방법 적용, 그리고 순환펌프 중지 후 광섬유온도 센서를 이용한 회복되는 지반의 온도를 이용한 Horner plot 방법을 적용하였다. 일반적인 선형열원 방정식에 의한 지중열교환기공의 평균 유효열전도도는 2.75 W/m/K이며, 그리고 히터를 중지 시킨 후 순환펌프만 계속 가동시켜 회복되는 자료의 Horner plot 방법을 적용하여 계산된 유효열전도도가 2.87 W/m/K이다. 광섬유 센서 온도 측정법을 이용한 Horner plot 방법 적용에서는 2.88 W/m/K의 평균유효 열전도도와 심도별 유효열전도도를 나타내었으며, 코어의 평균 열전도도는 2.90 W/m/K이다. 3가지 TRT 해석 결과를 코어 열전도도와 비교한 결과 각 해석 방법들이 적절한 신뢰성을 가지는 것으로 판단되었다. 지중열교환기 시스템의 열교환율은 유효열전도도에 따라 크게 달라지므로 지반의 특성 및 목적에 가장 적합한 열응답 실험 및 해석 방법을 선택하여 유효열전도도를 계산하는 것이 경제적인 시스템 설계에 중요하다고 판단된다.
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한국지구시스템공학회 2008 한국지구시스템 공학회지 Vol.45 No.6
시추공에서 떨어진 지점에서의 암반등급(RMR)을 물리탐사 자료를 통하여 간접적으로 추정하기 위해, 지구통계학적 복합 역산 기법을 적용하였다. 지금까지 지구통계학적 기법은 두 가지 이상의 자료의 특성을 잘 반영하는 변수를 추정하는데 주로 이용되었으나, 본 연구에서는 역산 기법에 의한 접근 방법을 사용하였다. 시추공에서 확보한 암반등급 값을 이용하여, 미리 지정된 격자점 상에서 지구통계학적 시뮬레이션을 수행하여 다수의 추정값을 확보한다. 이 값은 임의의 상관성이 있는 물리탐사 자료와 비교하여 가장 오차가 작은 값을 채택하게 되고, 이와 같은 비교는 모든 격자점에 대해 수행된다. 이러한 절차는 암반등급의 공간적 분포를 준수하면서, 물리탐사 자료와의 비교를 통해 두 자료의 상관성이 최대인 결과를 얻을 수 있다. 또한 동일한 과정을 다수 반복 수행하여, 추정한 결과의 신뢰도를 분석할 수 있는 정보를 제공할 수 있었다.
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