미세조류를 이용하여 바이오 연료화 하는 연구가 청정에너지 및 대체에너지 개발에 따라 많이 이루어지고 있다. 미세조류를 바이오 연료로 이용하기 위해서는 미세조류에 대한 배양과 수확, 회수, 추출, 에너지 전환에 이르는 종합적인 기술개발이 필요한데 각 부분 마다 바이오에너지 생산에 필요한 생산 비용이 가격 경쟁력 면에서 아직 문제점이 있다. 현재까지의 기술 개발은 주로 배양에 초점이 맞추어져 있으며 가격 경쟁력을 가지는 저비용의 응집, 수거, 탈수, 건조 및 연료 추출과정을 거치는 연료화 공정의 개발은 매우 미흡한 상태이다. 미세조류의 응집수거는 미세조류가 물과 유사한 밀도로 물에서 분리하기가 어려운 물질이기 때문에 저비용으로 미세조류를 응집하고 수거하는 기술이 필요하다. 미세조류의 응집과 수거를 위해 초음파를 공정에 이용하는 하이브리드 방식의 공정은 기존 공정에 비하여 환경 위해 요소가 거의 없으며 저비용 고효율의 공정으로써 다음 세대의 에너지 공급원 확보를 위해 연구가 필요한 분야이다. 본 연구는 미세조류의 바이오연료로 추출하기 위한 전단계 공정으로 물에 부양된 미세조류를 효과적으로 응집하기 위해 초음파를 조사할 경우에 일어나는 유동과 미세조류 거동에 대한 메카니즘을 수치해석을 통해 규명함으로써 초음파를 이용한 미세조류 응집에 대한 최적 설계의 토대를 정립하는 것을 목적으로 수행하였다.
미세조류를 이용하여 바이오 연료화 하는 연구가 청정에너지 및 대체에너지 개발에 따라 많이 이루어지고 있다. 미세조류를 바이오 연료로 이용하기 위해서는 미세조류에 대한 배양과 수확, 회수, 추출, 에너지 전환에 이르는 종합적인 기술개발이 필요한데 각 부분 마다 바이오에너지 생산에 필요한 생산 비용이 가격 경쟁력 면에서 아직 문제점이 있다. 현재까지의 기술 개발은 주로 배양에 초점이 맞추어져 있으며 가격 경쟁력을 가지는 저비용의 응집, 수거, 탈수, 건조 및 연료 추출과정을 거치는 연료화 공정의 개발은 매우 미흡한 상태이다. 미세조류의 응집수거는 미세조류가 물과 유사한 밀도로 물에서 분리하기가 어려운 물질이기 때문에 저비용으로 미세조류를 응집하고 수거하는 기술이 필요하다. 미세조류의 응집과 수거를 위해 초음파를 공정에 이용하는 하이브리드 방식의 공정은 기존 공정에 비하여 환경 위해 요소가 거의 없으며 저비용 고효율의 공정으로써 다음 세대의 에너지 공급원 확보를 위해 연구가 필요한 분야이다. 본 연구는 미세조류의 바이오연료로 추출하기 위한 전단계 공정으로 물에 부양된 미세조류를 효과적으로 응집하기 위해 초음파를 조사할 경우에 일어나는 유동과 미세조류 거동에 대한 메카니즘을 수치해석을 통해 규명함으로써 초음파를 이용한 미세조류 응집에 대한 최적 설계의 토대를 정립하는 것을 목적으로 수행하였다.
In spite of various merit of algae as biofuel, the production cost of algae is a considerable obstacle for commercialization. The concurrent development of essential technologies is needed for the cultivating, harvesting, extracting and energy transformation. The production cost of algae biofuel has...
In spite of various merit of algae as biofuel, the production cost of algae is a considerable obstacle for commercialization. The concurrent development of essential technologies is needed for the cultivating, harvesting, extracting and energy transformation. The production cost of algae biofuel has still higher than that of the other commercial biofuel. The major research activity has been focused on the cultivating and the research of other processes has been done with relatively lower activity. It is difficult to separate the algae from water because of the similar magnitude of density each other. The agglomeration and extracting of algae with the hybrid technology using ultrasonic wave is rare effect of environmental hazard and also it is appropriate technology for the next generation energy resources. The present research is investigated for the effective separation of algae from water with the ultrasonics wave. The aim of the present research is focused on the establishment of optimal design of algae agglomeration system. For this purpose, the computational fluid dynamic analysis has been conducted in the flow field with ultrasonic wave and algae flow to clarify the mechanism of algae separation by ultrasonic wave.
In spite of various merit of algae as biofuel, the production cost of algae is a considerable obstacle for commercialization. The concurrent development of essential technologies is needed for the cultivating, harvesting, extracting and energy transformation. The production cost of algae biofuel has still higher than that of the other commercial biofuel. The major research activity has been focused on the cultivating and the research of other processes has been done with relatively lower activity. It is difficult to separate the algae from water because of the similar magnitude of density each other. The agglomeration and extracting of algae with the hybrid technology using ultrasonic wave is rare effect of environmental hazard and also it is appropriate technology for the next generation energy resources. The present research is investigated for the effective separation of algae from water with the ultrasonics wave. The aim of the present research is focused on the establishment of optimal design of algae agglomeration system. For this purpose, the computational fluid dynamic analysis has been conducted in the flow field with ultrasonic wave and algae flow to clarify the mechanism of algae separation by ultrasonic wave.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구는 미세조류의 바이오연료로 추출하기 위한 전단계 공정으로 물에 부양된 미세조류를 효과적으로 응집하기 위해 초음파를 조사할 경우에 일어나는 유동과 미세조류 거동에 대한 메카니즘을 수치해석을 통해 규명함으로써 초음파를 이용한 미세조류 응집에 대한 최적 설계의 토대를 정립하는 것을 목적으로 수행하였다.
제안 방법
이 절에서는 제 2 절에서 설명한 관 형상 내에 초음파를 조사할 경우에 미세 녹조의 거동을 살펴보기로 한다. 우선 미세 녹조가 없이 순수한 물이 관내에 있을 때 초음파를 조사한 경우의 관 내부 속도 및 압력 변화를 살펴보기로 한다. 이에 관한 유동해석 결과를 Fig.
초음파를 이용하여 미세조류를 응집 침전 시키는 장치를 설계하기 위하여 실험실 규모의 초음파 응집 장치에서 미세조류의 응집을 확인하였는데 이에 관한 유동 수치해석을 수행하여 초음파 조사에 의해 미세 조류가 결집되는 메카니즘을 규명하였고 다음과 같은 결과를 도출하였다.
초음파를 이용하여 미세조류의 응집을 수치적으로 해석하여 응집에 대한 메카니즘을 규명하기 전에 우선 실험실 규모의 초음파 응집 장치에서 미세조류의 응집을 확인하였다. Fig.
대상 데이터
2에 전산유체역학 해석을 위한 형상과 격자 모양을 나타내었다. 관의 폭은 0.0435m, 높이는 0.2m로 하였고 전체 격자 개수는 약 40000개를 이용하였다. 그림에서 입구속도경계에서는 0.
성능/효과
2) 위의 지배방정식을 이용한 유동 수치해석을 수행 하였는데 초음파 조사가 있으며 미세 녹조을 흐르게 하지 않은 유동장의 경우 속도 분포는 일반적인 관내 유동장 형태를 보여주고 있었고 압력 분포는 초음파 정재파의 영향으로 수평 방향으로 압력이 소밀 형태를 잘 보여 주었다.
3) 초음파를 조사하지 않고 미세 녹조를 흘려보냈을 때는 속도장은 일반적인 관내 유동장 형태를 보여 주었고 관내에서 미세 녹조의 농도 분포도 거의 균일한 것을 관찰할 수 있었다.
4) 초음파를 조사하고 미세 녹조를 흘려보냈을 때는 속도장은 일반적인 관내 유동장 형태를 보여 주었고 관내에서 압력 변화는 초음파에 의한 정재파 형태를 잘 관찰할 수 있었다. 그리고 미세 녹조의 농도 분포도 정재파의 영향으로 정재파의 골에서 미세 녹조가 결집 되는 것을 관찰할 수 있었다.
그리고 미세 녹조의 농도 분포도 정재파의 영향으로 정재파의 골에서 미세 녹조가 결집 되는 것을 관찰할 수 있었다. 이로서 본 연구의 유동장과 초음파 정재파에 대한 모델링이 미세 녹조의 결집에 대한 메카니즘을 잘 구현하는 것을 알 수 있다. 이러한 것을 이용하여 초음파 조사에 의한 미세 녹조 응집 장치의 설계에 이용할 수 있음을 알 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
미세녹조류가 장소에 구애를 적게 받고 성장시킬 수 있는 이유는 무엇인가?
미세녹조류는 CO 2, 물 및 태양에너지만 있으면 강, 호수, 바닷물, 폐수, 어느 곳이든 성장할 수 있으며, 또한 비옥한 토양을 필요로 하지 않기 때문에 장소에 구애를 덜 받고 성장시킬 수 있다. 미세조류를 이용하여 바이오 연료화 하는 연구는 많이 이루어지고 있다 [1-4] .
유입 속도를 매우 작게 한 것은 무엇을 잘 관찰하기 위함인가?
001m/s의 속도로 유입되고 출구압력경계에서 나가는 것으로 하였다. 유입 속도를 매우 작게 한 것은 횡 방향의 미세 녹조의 거동을 잘 관찰하기 위함이다. 또한 유입되는 것이 없으면 수치해석상에서 미세 녹조의 흐름을 관찰할 수 없기 때문이다.
본 연구에서 저비용으로 미세조류를 응집하고 수거하는 기술로서 주목하는 기술은 무엇인가?
미세조류의 응집 수거는 미세조류가 물과 유사한 밀도로 물에서 분리하 기가 어려운 물질이기 때문에 저비용으로 미세조류를 응집하고 수거하는 기술이 필요하다. 이를 위해 초음파[6-8] 를 공정에 이용하는 하이브리드 방식의 응집 및 수거하는 공정은 기존 공정에 비하여 환경 위해 요소가 거의 없으며 저비용 고효율의 공정으로써 다음 세대의 에너지 공급원 확보를 위해 연구가 필요한 분야이다.
참고문헌 (8)
Neelma Munir et. al, "Harvesting and processing of microalgae biomass fraction for biodiesel production (A Review)", Sci, Tech. and Dev., Vol. 32, No. 3, 235-243, (2013).
John J. Milledge, Sonia Heaven, "A review of the harvesting of micro-algae for biofuel production", Rev Environ Sci Biotechnol, Vol. 12, 165-178, (2013).
Jae-Yon Lee, et. al.,, "Comparison of several methods for effective lipid extraction from microalgae", Bioresource Technology, Vol. 101, 75-77, (2010).
S.V. Patankar, "Numerical Heat Transfer and Fluid Flow", 126-131, (1980).
B.R. Munson, et al.,"Fluid Mechanics", 329-416, (2013).
J.J. Harkes, et al., "Microparticle manipulation in millimetre scale ultrasonic standing wave chambers", Ultrasonic, Vol. 36, No. 9, 52-65, (2002).
B. Hosten, "Ultrasonic wave generation by timegated microwaves", J. of Acoustic Society of America, Vol. 104, No. 2, 38-45, (1998).
L. Zou, et. al., "Experimental investigation of an in-duct orifice with bias flow under medium and high level acoustic excitation", Int. Journal of Spray and Combustion Dynamics, Vol. 6, No. 3, 267-292, (2014).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.