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[연구실 소개] 충북대학교 환경공학과 에너지공학연구실

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Academic year: 2021

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KIC News, Volume 15, No. 5, 2012 37 1. 연구실 개요

충북대학교 환경공학과 에너지공학연구실은 지도교수인 김재용 교수를 비롯하여 대학원생과 학부생 모 두 연구에 매진하고 있다. 연구분야로는 바이오가스, 퇴비화, 풍력발전, 소음․진동, 대기오염제어, 폐자원 재활용 등이 있고 특히 신재생에너지 부분에서 많은 노력을 하고 있다. 본 연구실의 연구목표는 공학을 기 본으로 한 실험 및 연구결과가 실제 산업체의 기술 애로사항을 해결할 수 있는 지원사업, 수입대체물질 개 발, 폐자원 재활용 관련 시스템개발 및 신재생에너지 실증화에 있다. 한편, 대학원생은 물론 졸업논문시험 제를 채택하고 있는 우리환경에너지공학연구실 소속의 학부생들과의 관계에 있어 항상 가족적인 분위기를 연출하고자 노력하며, 지식탐구 뿐만 아니라 학과 교수님들과 선후배들에 대한 예의와 함께, 모든 학생들 을 대상으로 신의와 겸손을 갖춘 인성교육 역시 시도하고 있다.

2. 연구실 실적

중소기업청과 지식경제부 및 환경부 등과 같은 국가적 산학과제를 통해 많은 연구들을 성공적으로 수행 하고자 노력하였다. 대표적으로 친환경적 그린 LED용 Power Inductor개발, 음식물 쓰레기 퇴비화에 따른 음폐수 무방류 및 악취저감 친환경 시스템 개발, UASB 공법을 이용한 바이오매스로부터 에너지 생산, 빌 딩설치형 소형풍력발전기 친환경 블레이드 개발 등 20여건의 연구성과를 이루어냈으며, 또한 활성탄섬유 를 이용한 먼지 및 악취 동시 제거장치, 고속․고효율 수처리용 무기물 응집제 조성물 개발, 대기오염 제어 장치에서 배출되는 바람을 이용한 풍력발전 시스템 등등을 무리없이 수행한 바 있다. 환경과 에너지에 대 한 특허를 30여건 출원 및 등록 하였고, 이중 신재생에너지 관련 특허는 8개를 출원 및 등록하였다. 최근 작년도 중소기업청 과제 ‘음식물 쓰레기를 퇴비화에 따른 음폐수 무방류 및 악취저감 친환경 시스템 개발’

의 시제품을 전시하는 중소기업청에서 실시한 한마음페스티벌에서 김재용 교수는 산학유공자상으로써 중 소기업청장상을 수상하였다.

3. 연구내용

현재 연구실에서 진행 중인 연구분야로는 축산분뇨와 음폐수를 이용한 바이오가스, 음식물쓰레기를 이 용한 퇴비화, 수평축과 수직축 소형풍력발전 등이 있다.

첫째로, 바이오가스는 음폐수와 축산폐수를 UASB 및 PIP 시스템으로 처리 및 메탄가스 에너지화 시스 템구축을 목표로 하고 있으며, 고농도의 폐수처리 및 재순환, 빠른 HRT를 통한 유입수의 신속한 처리, 다 양한 현장 조건에 맞는 에너지 시스템 구축, 경제적 공정을 통한 경제성 확보, 바이오가스를 통한 고전력 생산 및 냉․난방 효과, 충북지역의 지역적 연계성을 통한 하이브리드 시스템 구축, 해외 수출 주도형 사업 으로 향후 개발, 지방 축산농가에 분뇨처리 에너지화 시설 보급 등의 목표를 가지고 연구하고 있다.

둘째로, 음식물쓰레기를 이용한 퇴비화는 반응제와 팽화제를 이용하여 음폐수 무방류, 무배출 시스템을

KIC News, Volume 15, No. 4, 2012

연구실 소개

- 충북대학교 환경공학과 에너지공학연구실

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http://www.ksiec.or.kr

38 공업화학 전망, 제15권 제5호, 2012

구축하여 런던협약에 의한 유기성 폐기물 해양투기 금지에 대응할 수 있고, 반응장치의 구성과 화학약품이 아닌 천연재료 탈취제 등을 이용한 악취저감 시스템으로 인하여 지역주민과의 갈등을 해소할 수 있다. 또 한 보다 친환경적인 퇴비를 생산하고, 염분 함유율을 낮춰 생태계에 대한 영향을 최소화할 수 있다. 고품위 퇴비 생산으로 농작물의 영양소 요건을 만족시키고 토양 비옥도(Soil Fertility)의 향상 및 탄산가스 동화작 용으로 성장이 빠르고 수확량이 증대되는 농산물 생산을 증대시킬 수 있는 친환경적인 퇴비를 개발한다.

마지막으로, 수평축과 수직형 소형풍력발전은 향후 설치되어져야 할 건축물 옥상이나, 주거지로부터 멀 리 떨어지지 않은 공간에서 원하는 만큼의 발전이 가능한가를 연구하고 있으며, 소형풍력발전기에 대부분 적용되어지던 영구자석식 발전기가 아닌 권선형 유도발전기를 적용하여 효율을 높일 수 있는 방안을 모색 하고, 격변하는 풍황에 설치 가동 가능성을 조사하는 기초 연구를 수행 중이다. 따라서 실험이 이루어지는 충청북도 청주시 기상대의 풍황자료와 실제 발전기가 설치된 충북대학교 공학관의 옥상에 풍황 수집 장치 를 설치하여 두 자료를 비교 분석하고, 발전기 가동시의 소음을 측정하고 있다. 현재 수 KW급 소형풍력발 전기를 옥상에 설치하여서 발전량을 9층 연구실내에서 저장 활용하고 있으며, 내부 부하실험을 통하여 발 전기의 기초 자료를 수집하여 분석하고, 국지풍에 적용 가능성에 대하여 검토하고 있다. 최종적으로 현재 추세인 신재생에너지 융합시스템으로서의 전환을 위하여 지속적인 연구를 수행중이다.

4. 주요 과제 성과

10여 년 동안 수많은 과제를 수행해 왔고, 현재도 지속적으로 진행 중이다. 최근 대표적인 수행과제로는 EIP사업과 폐전선 열분해 사업 등이 있다.

첫째로, EIP (Eco Industrial Park)는 먹이사슬로 공생하는 자연 생태계의 원리를 산업에 적용하는 개념 으로 기업과 기업, 공장과 공장을 서로 연결시켜 생산 공정에서 배출되는 부산물, 폐기물, 폐에너지 등을 다른 기업들의 공장의 원료 또는 에너지원으로 쓸 수 있도록 재자원화하여 산업단지 내의 부산물이나 오염 물질을 최소화하는 “생태산업단지”라 할 수 있다. 자원순환형 산업단지 구축의 세부 내용은 기업과 기업의 생태학적 연결을 통해 물질 및 에너지의 사용을 최소화하는 기업간 Eco-Network 구축, 오염물 발생을 최 소화하는 유기적 관계 구성, 그리고 기존산업단지가 원료와 제품 위주로 연계가 되어 있는 반면, 생태산업 단지는 부산물 및 폐기물과 에너지활용에 관한 Networking을 중심으로 구축된다.

둘째로, 폐전선 열분해 사업으로 저온열분해 시스템을 개발하여 폐전선 중의 구리성분을 전량 회수하며, 배기가스를 합성연료유로 전환시키고 부산물인 카본을 생성하는 한편, 생성물질에 관한 기기분석을 통해 본 시스템 사업의 성공적인 산업화를 위한 기초자료를 마련하고자 과제를 시작하였고 성공적으로 과제를 수행하였다.

5. 수상내역

김재용 교수는 1995년 대한전기학회에서 논문상을 수상하였고, 1998년에는 한국공업화학회에서 우수논 문상을 수상하였으며, 2010년에는 2년 간의 무기재료분과회장을 끝마치면서 공로상을 수상하였고, 2011 년에는 다수의 논문을 발표하여 제 13회 논문상을 수상하였다. 금년 2012년에는 산학연 기술개발 유공자 로서 중소기업청장 표창을 수상하였다.

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KIC News, Volume 15, No. 5, 2012

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6. 지도교수 소개 : 김재용 교수 1) 주요 이력

- 1984 ~ 1990 : 고려대학교 공학박사 - 1991 ~ 현재 : 충북대학교 환경공학과 교수 - 1995. 9 ~ 1997. 8 : SUNY at Buffalo 교환교수 - 2004. 1. 6 : KUMAMOTO UNIV. 초빙교수 2) 주요 활동

- 환경부 환경신기술인증 자문위원(2007년 1월 1일~현재) - 중소기업청 산학공동과제심사평가위원(2009년 3월 2일~현재) - 환경융합신기술개발사업 과제 평가위원(2010년 1월 1일~현재) - 보은군 설계자문위원(2009년 3월 1일~현재)

- 지경부 신기술인증 심의위원(2010년 1월 1일∼현재)

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- 충청북도 지방건설기술 심의위원회 위원(2010년 1월 1일~2011년 12월 31일) - 대한미용학회 이사(2012년 1월 1일~2012년 12월 31일)

- 중소기업기술개발지원사업 평가위원(2011년 4월 5일 ~ 2013년 4월 5일) - 환경부 녹색기술평가 심의위원(2011년 1월 1일~현재)

- 행자부 5급 공무원 채용고시 자문위원(2009년∼현재)

3) 지식재산권(출원 및 등록)

순번 특허명 순번 특허명

1 도시 틈새바람을 이용한 소형풍력발전기 16 활성탄섬유를 이용한 먼지 및 악취 동시 제거장치 2 건축물 외벽의 상승풍력을 이용한 풍력발전 시

스템 17 이온교환섬유를 이용한 도금폐수중의 유가금속 회수

방법 및 장치 3 대기오염 제어장치 배출되는 바람을 이용한 풍

력발전 시스템 18 수처리용 무기물 응집제 조성물 2편(CM, RM) 4 대기오염 제어장치로부터 배출되는 바람을 이용

하기 위한 수직형 풍력발전 시스템 19 이온 교환섬유를 이용한 도금폐수중의 유가금속 회수 장치

5 폴리올레핀계 하니컴을 이용한 블레이드 20 연속식 저온열분해 탄화처리기 6 천연 항균용기

(NATURAL ANTIBIOTIC CONTAINER) 21 고농도 유기성 폐기물의 UASB공법 적용을 위한 전 처리방법

7 원격제어 골프공 자동 수집장치 22 열가수분해와 파라핀계 상변화물질을 이용한 혐기성 소화시스템

8 식품의 신선도 유지용 천연방부제

(NATURAL ANTISEPTIC) 23 토양 개량재의 조성물

9 차량용 항균 시트 매트리스 24 이온 교환 수지를 이용한 도금폐수중의 유가금속회수 방법 및 장치

10 식품 신선도 유지용 비닐팩 25 고농도 가스의 유해물질 제거용 스크레바식 제거장치 11 천연 항균성분을 이용한 냉장고용 탈취제 26 배출가스에 포함된 유해물질 제거장치

12 건설 폐기물을 이용한 재생 콘크리트 27 참소금 13 형파 교류에 의한 산업폐수의 전기화학적 처리

방법 28 이동식 커플용 건강 반식욕조

14 광물질이 함유된 알루미늄 발포판넬조성물 29 골프 볼 수거, 제초용 원격제어로봇

15 습, 건식법을 이용한 악취제거 방법 및 장치 30 좁은 공간을 활용할 수 있는 다용도 수납형문

참조

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