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블록체인 국내외 사례 및 환경공학과 관련 아이디어 (A+) 평가A좋아요

4차 산업혁명의 이해중간고사 대체과제목 차가. 소개2나. 국내외사례21. 해외 분석 사례22. 국내 분석 사례43 환경공학과 관련 사례6다. 나의 아이디어7라. 기존과 비교 및 효과8마. 결론 및 향후 과제9바. 참고문헌10가. 소개블록체인 기술이란 체인 구조의 데이터 단위 네트워크를 말한다. 블록체인 네트워크는 분산된 구조로서 중앙 서버를 필요로 하지 않는다. 블록체인 네트워크는 비가역성으로 인해 조작의 위험이 낮고 투명성 및 익명성을 보장한다. 이러한점은 비즈니스에 활용하기 좋은 기술적 특성으로 알려져 있다. 따라서 다양한 분야의 블록체인 사례와 환경공학과의 접목 아이디어를 앞으로 소개해보려 한다.나. 국내외 사례1. 해외 사례 분석: 리플 (Ripple Inc.)1) 목적: 리플은 노후화된 차용증서(IOU) 네트워크를 현대화 및 디지털화 하는데 목적을 두고 있다. 수취은행과 송금은행이 사전에 차용증서를 받아놓아 신뢰관계를 구축해놓는 경우도 있지만, 모든 은행끼리 이러한 관계를 만들어 놓지는 않는다. 이러한 신뢰관계가 형성되지 않은 경우라면, 실제로 돈이 송금될 때까지 긴 시간이 걸리고, 양측의 은행이 신뢰하는 제 3자를 통해 거래가 이루어진다. 이러한 과정은 시간이 오래걸릴 뿐 아니라 비용도 많이 들어간다.출처. https://ripple.com/files/ripple_vision.pdf2) 프라이빗 블록체인: 리플과 비트코인의 차이점은 각각 프라이빗 블록체인, 퍼블릭 블록체인이라는 점이다. 퍼블릭 블록체인은 누구나 참여가능한 공개 네트워크로서, 참여자의 정보가 나타나지 않는 익명성을 가지고 있다. 때문에 신원파악이 어렵고 대부분의 나라에서는 무기명 금융 거래는 절대 금기시 하고 있다. 또한 퍼블릭 블록체인은 사고발생 시 이체 거래는 되돌릴 수 없고, 제 3자의 통제 권한이 없다. 이러한 퍼블릭 블록체인(비트코인)은 금융기관의 성격과 맞지 않는 부분이 있다.반면 프라이빗 블록체인(리플)은 운영 주체가 참가자를 선별하고, 허가 시 개인정보를 확인하여 익명성)을 국가 간 자금 거래 시 사용되는 거래망이다. 약 200개국의 1만1천여 개 금융기관이 매일 스위프트망을 통해 돈을 지불하거나 무역대금을 결제한다. 리플넷은 이 SWIFT를 대체하기 위해 개발됐다. 리플 네트워크를 이용하면 기존 2~10일 걸리고 매우 비싼 해외 송금 시스템보다 훨씬 빠르고 값싸게 거래할 수 있다.4) POC (Proof of Consensus)리플이 비트코인보다 훨씬 빠른 속도로 송금이 가능한 이유는 승인방식 즉, 블록체인 합의 방식 차이에 있다. 비트코인의 합의는 POW(Proof of Work, 작업증명)을 사용하며, 이는 전 세계의 참여자 (컴퓨터)가 매우 복잡하고 방대한 계산을 통해 부정한 거래가 있는 지 확인하는 방법이다. 각 컴퓨터는 노드(node)라고 부르며 이러한 행위는 채굴(mining)이라고 한다. 이 작업을 수행함으로서 새로운 블록의 진위여부를 확인하고 거래를 승인한다. 이러한 검증 방식은 처리 속도에 한계가 있다.반면 리플의 검증방식은 POC(Proof of Consensus, 개념증명)으로 전혀 다르게 거래를 블록체인에 기록한다. POC 방식은 거래 승인자가 따로 지정돼있어 이들의 투표로 80% 이상이 검증 후 승인을 하면 거래가 기록된다. POW 방식의 어려운 문제풀이 과정이 없기 때문에 단 몇 초 만에 거래가 가능한 것이다. 물론 이 검증 노드들은 철저한 심사를 거쳐 자격이 부여되어 부정거래를 방지한다.5) 거래방식 IOU/XRP- IOUIOU는 ‘I owe you’의 줄임말로 리플넷에서 사용하는 화폐이다. 엄밀히 말하면 화폐가 아닌 차용증서로 은행에서 발급하는 수표처럼 실제 현금은 아니지만 돈과 같은 물건이다. 이 차용증서를 발급하는 주체는 게이트웨이(Gateway)로서, 일정 요건만 갖춘다면 어떠한 참가자도 게이트웨이가 될 수 있다. 모든 화폐는 IOU로 변환될 수 있는데, 각국마다 환율이 다른 것처럼 IOU의 가치도 발급받는 게이트웨이의 신뢰도에 따라 달라진다. 만약 한 게이트웨이를 이용했는데 그 곳이 파산릿지 통화 역할을 통해 더 빠르고 쉬운 환전이 가능하다. IOU와 달리 XRP는 그 자체로 가치가 인정되는 화폐이기 떄문에 거래 상대방에 대한 리스크가 없다. 하지만 XRP의 60%는 리플사가 소유하고 있기 떄문에, 상당히 중앙집중화 된 방식이라고 볼 수 있다. 이는 리플 사가 XRP의 가치를 좌지우지할 통제력이 있다는 것이다.2. 국내 사례 분석: 한전 전력거래 시범사업1) 배경태양광 발전을 통해 개인이 전기를 생산하고 남은 에너지를 판매하는 ‘에너지 프로슈머’의 시장이 형성되는 추세이다.2) 내용지난 2017년, 한국전력공사에서 ‘블록체인 기반의 에너지 전력거래 프로젝트’를 진행했다. 시범사업으로 진행되었던 해당 프로젝트는 블록체인 기반의 전기차 충전거래 정산서비스와 P2P 전력거래 서비스, 2가지에 대한 설계와 실행을 진행했다.< 한전의 에너지 부문 활용 전개도>내용빌딩 간 전력거래- 1:N의 전력거래 계약, 입찰, 정산 등에 설계한다.전력거래 계약 체결 프로세스를 살펴보면, 전력량계를 통한 데이터 계량이 이뤄진다. 그리고 각 빌딩별 거래 가능량을 설정하고, 판매자와 소비자의 거래 단가 범위를 계산한다. 이를 통해 거래가능 용량, 거래단가 범위를 나타낸다. 판매자는 판매 가능 하한가를, 구매자는 구매가능 상한가는 제시한다. 건물에너지관리시스템(BEMS)과 앱을 통해 인증 절차를 거친 뒤, 높은 구매가격을 제시한 구매자부터 판매자와 연결된다.- 결과적으로 이러한 스마트 계약이 마련되고, 블록체인에 거래 내용이 저장된다.전기자동차 충전전기자동차 충전 부문에서는 블록체인 기반 결제 기능을 추가한다.- 전기자동차 충전기 직접결제와 모바일 결제 시 사용자 인증 후 충전량을 설정하여 충전을 진행한다.주택 내 세대 간 거래- 1:1 전력거래로서 프로세스, 사용자 시나리오, 시스템 설계에 중점을 두었다.- 관리사무소는 세대 승인, 거래, 정산, 발전 계량, 등의 전체적인 업무를 담당하고, 전기 공급 및 수요 세대는 거래 내용과 정산 정보를 확인한다.3) 효과에너지 사용라는 암호화폐로 환급되며, 거래소에서 현금으로 교환하거나 더블유 재단 몰의 상품을 쇼핑하는데 쓰일 수 있다.2) 블록체인 탄소배출권 거래제공장들의 탄소 배출량을 블록체인 기술로 수치화하고 체결된 스마트 계약을 통해 자동으로 참여자들에게 기록을 실시간으로 공개하는 시스템이다.탄소배출권 거래제는 2020년부터 적용된 파리기후협약으로 인해 부문별, 기업별로 할당된 탄소 배출량을 거래소에서 사고 팔 수 있도록 한 제도이다. 국내에서는 작년 4월, 고양시에서 블록체인 기반 ‘통합에너지 관리시스템’의 특허출원했다. 이를 통해 탄소배출량 이중산정 방지, 거래비용 저감, 거래에 소모되는 기간을 최소화 하고, 향후 국제 탄소 배출거래 시장의 연계시 선점에 좋은 기회가 될 것으로 보인다.다. 나의 아이디어: 중앙시스템의 스마트센서를 블록체인 구조로 하여, 이를 주요 배출원에 설치하고 데이터를 수집한다.- 우리나라 미세먼지< 미세먼지 정책 >우리나라는 꾸준히 미세먼지 문제를 해결하기 위해 다양한 방안이 제시되어 왔다. 최근 마련된 정책에는 계절관리제, 비상저감조치, 대중교통 활성화 등이 있다. 이러한 정책들은 대부분 고농도 미세먼지 발생 시 제조업이나 자동차 운영을 중지시키는 극단적인 방안들로 구성돼있다. 이러한 정책들이 현재로서 최우선인 이유는 미세먼지의 배출원을 정확히 규명하기가 어렵기 때문이다. 대기오염물질은 풍량, 풍속, 풍향 등에 따라 광범위한 변수가 존재한다. 현재 우리나라가 사용하는 배출원 정보는 CAPSS (Clean Air Policy Support System)에 의해 마련된다. CAPSS는 대기 오염물 배출량 및 관련 연구에 필요한 자료를 확보하기 위해 비점, 점 오염원 등에서 발생하는 8가지 대기오염물질 배출량을 분류체계에 근거한 배출계수를 이용해 산정한다.- CAPSS의 한계CAPSS는 배출원별로 정확히 배출량을 측정하는 것이 아닌 배출계수를 이용한 계산값이기 때문에 정확한 데이터 수집을 하기에는 한계가 있다. 특히 CAPSS 내 분류체계에는 업종별, 산업 센서가 설치되어 데이터를 수집하고 있다. 하지만 이러한 스마트센서는 IOT를 기반으로 하는데, IOT는 중앙 서버에서 데이터를 처리하는 시스템이다. 이러한 중앙 집중형 시스템은 확장성, 보안, 안정성, 비용 등의 문제가 발생한다. 따라서 이러한 IOT를 블록체인 기반으로 바꾸는 것을 생각해볼 수 있다.라. 기존과 비교 및 효과-CAPSS 방식 : 기존 미세먼지 배출량은 각 부문별 배출원별 자료(연료사용량, 자동차 주행거리 등 활동도)에 각 단위별 배출계수를 곱하여 계산하며, 실제 측정자료가 있으면 이를 이용해 산정했다.- 사물인터넷과 블록체인 기반 사물인터넷 비교특징사물인터넷블록체인 기반 사물인터넷비용빅데이터의 수집, 처리를 위한 중앙서버의 구축과 유지보수 비용이 필요함사물인터넷 기기 간 연결로 전체 시스템을 구축하여 비용 절감확장성중앙 서버가 수집, 처리할 수 있는 데이터가 제한되어 신규 사물인터넷 기기(노드)의 추가가 어려움시스템 내의 노드간 연결을 통해 신규 노드가 쉽게 참가 가능보안각각의 노드가 네트워크에 노출되고 상이한 노드별 보안수준으로 인해 전체 시스템의 보안이 위협- 데이터 위,변조 시 데이터 검증 및 복구가 어려움- 분산 구조로 인해 DDoS 공격의 예방이 가능- 각 노드가 데이터를 보유하고 검증 가능하여 데이터 위, 변조가 어려움안정성중앙처리시스템의 네트워크 문제 발생 시 해당 시스템에 연결되어 있는 사물 인터넷 기긱의 사용 불가- 기기 간 연결로 인해 일부 기기에 문제가 발생하여도 전체 시스템에 영향이 적음출처 : 국내외 블록체인 기반 사물인터넷 동향 (금융보안원. 2017. 06)- 배출사업장 단속 방식 변화출처. http://www.gyungmin.kr/news/articleView.html?idxno=4411현재 전국에는 약 6만개의 대기오염물질 배출업소가 등록되어있다. 날이 갈수록 많아지는 배출사업장에 비하여 아직 대기오염물질을 단속하는 방법은 직접 방문하여 채취하는 뿐이다. 최근에는 드론을 이용하여 고공에서 농도를 감지 후 의심되.

공학/기술| 2021.05.27| 11페이지| 2,000원| 조회(398)

이러닝, 분석사례, 블록체인, 환경에너지공학과, 4차산업혁명의 이해

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대기방지실험 FTIR 기기분석 실험 레포트

FTIR 분석 실험 레포트1. 서론1.1 실험 배경 및 목적-목적광학적 분석 기법을 이용한 적외선 분광기(IR)의 원리 및 시료의 준비방법을 익히고, 고체 재 료 특성 분석의 기본 원리를 이해한다. 그리고 FT-IR 분광법 (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)을 이용하여 고체재료의 특성들 즉, 결정구조, 전하농도, 박막층 두께 등을 조사한다.- FT IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)의 구조광원Source?간섭계??시료Sampling??검출계Detertor① 광원주로 Globar 광원을 사용하는데 Globar는 가는 실리콘 카바이드 (SiC) 막대로, 약 1000∼1800℃ 정도로 가열하면 적외선 영역의 빛이 방출된다. FTIR에는 광원 이외에도 빛을 정확하게 locking해 주는 He-Ne 레이저가 장착되어 있어 빛을 엄격하게 조절한다.② Interferometer(간섭계)Michelson-Morly의 간섭 계의 원리에 기초를 두고 있다. Interferometer는 한 개의 Beam Splitter(광 분리기)와 고정 거울 및 이동 거울로 구성되어 있고 광원에서 들어오는 빛은 Beam Splitter에서 정확하게 조절되어 50%는 고정거울로 향하고 50%는 이동거울로 반사된다. Beam Splitter는 광학적 평면 물질에 게르마늄이나 다른 물질을 얇은 막으로 침적시켜 빛을 50%씩 정확하게 나누도록 한다. 이들 빛이 거울에 반사되어 다시 Beam Splitter에서 만나는 파장차이에 따라 상쇄나 보완의 간섭 현상이 생겨 Interferogram이 만들어진다. 이 때 Interferometer 는 무한대까지 움직이는 것이 아니고 정해진 값을 가지므로 이 범위 안에서 수 많은 데이터를 컴퓨터로 적분하면 스펙트럼을 얻을 수 있다. 실제로 분석자는 Sample만 장착하면 간단하게 스펙트럼을 얻는다.③ 시료부일반적으로 FTIR의 시료부는 purging을 위해 cover가 장착된 시료부가 많다. 하지만 시료 교체 시 열고 닫아야 하는 번거로움이 있으며 시료교체 후 purging을 복구하는데 많은 시간이 소요된다. 최근에는 보다 간편한 시료 장착과 신속한 purging을 위해 open형의 시료부를 많이 사용하고 있다. 시료의 용기나 지지체는 적외선을 통과시킬 수 있는 재질을 사용한다.④ 검출기FT-IR의 가장 일반적인 검출기는 DTGS로 감도는 그리 높지 않지만 전체 IR 영역을 cover할 수 있다. 고감도 검출기에는 MCT 검출기가 있으며 Cut off 영역에 따라 측정 범위와 가격이 결정된다1.2 시험법 종류- 적외선 기기의 종류?분산형 회절발 분광광도계:주로 정성분석에 사용된다.?Fourier 변환을 사용하는 다중형기기:정성분석, 정량분석 둘 다 모두 가능하다.?비분산형 광도계:대기 중에 다양한 유기화학종 들의 정량분석에 사용된다.1.3 실험 원리- IR(Infrared Radiation)흡수분광법의 이론①IR spectrum의 범위:파장에 따라 세 영역으로 나뉜다.NIR(Near Infrared Radiation):16,000∼4000cm?¹MIR(Mid Infrared Radiation):4000∼400cm?¹FIR(Far Infrared Radiation):400∼50cm?¹②IR 분광법의 원리?IR 흡수 스펙트럼은 분자가 한 진동 또는 회전 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 전이되면서 일어나는 여러 에너지 변화로 생긴다고 가정 하에 이론으로 설명이 된다.?분자는 IR로 인해 진동운동, 회전운동, 병진운동 등의 여러 가지 분자운동을 일으키게 된다.③IR 흡수분광법의 원리?적외선(IR)은 자외선이나 가시광선에 비해서 분자의 전자전이를 일으킬 만한 정도의 에너지를 가지지 않는다.?분자가 IR로 인해 진동운동, 회전운동, 병진운동 등의 분자운동이 시작될 때 진동과 회전상태 사이에 작은 에너지 차이를 가지는 분자만이 IR을 흡수 할 수 있게 된다.?IR흡수스펙트럼은 어느 하나의 진동에너지 상태나 회전에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 전이될 때 흡수되는 적외선 에너지가 생기게 되는데 여기서 흡수되는 적외선 주파수는 흡수과정에서 실제로 감응하는 분자의 진동 주파수와 같은 모양으로 나타나게 된다.?분자는 원자별로 고유의 전자밀도(전기음성도) 값을 갖는데 분자에서 두 원자의 전자밀도 차이가 있을 때 쌍극자 모멘트가 생성되게 되고 이로 인해 극성을 가지게 된다. 하지만 이원자 분자(동핵 화학분자)의 경우에는 두 원자의 전자밀도가 같기 때문에 쌍극자 모멘트 값이 상쇄되고 극성을 띠지 않는 비극성 분자 상태가 된다.- 기기에 대한 이론(FTIR)①FTIR 원리는 광원의 빛살을 빛살분할기(beam splitter)를 통하여 둘로 나누고 그 통로의 길이를 이동거울을 통하여 주기적으로 변하게 하면 간섭무늬를 얻을 수 있게 된다. 그리고 이 데이터를 Fourier 변환을 이용하여 데이터 처리를 한다.※Fourier 변환(Fourier Transform / FT변환)시간에 따른 함수를 에너지 형태에 따른 주파수 함수로 변환하는 것②단색화 장치가 없는대신 빛살 분할기와 두 개의 거울을 포함하는 Michelson interferometer(간섭계)라는 새로운 구성이 존재한다.③FTIR기기는 보통 Michelson 간섭계에 기초를 두고 있다.간섭계(Interferometer)?Fourier분석의 핵심광원에서 나오는 복사선 빛살은 평행화 되어 빛살 분할기로 들어가 복사선의 거의 절반은 투과되고 그 나머지 반은 반사된다. 이렇게 얻은 두 개의 빛살 중 하나는 고정된 거울에서 다른 하나는 이동하는 거울에서 반사된다. 그 다음 그 빛살들은 다시 빛살 분할기에서 만나는데 여기서 두 빛살의 각 절반은 시료와 검출기를 향하고, 나머지 절반은 광원으로 되돌아간다. 이 때 시료를 통과하여 검출기에 도달하는 두 절반만이 분석에 사용된다.그림에서 고정 거울과 이동 거울이 빛살 분할기에서 같은 거리에 있을 때(0 위치) 두 빛살이 다시 합치게 되면 완전히 위상이 일치 되고 그 세기는 최대로 된다. 하지만 이동 거울이 B또는 C위치로 이동하면 상쇄간섭이 일어나게 되고 A또는 D로 이동하면 위상이 일치되어 다시 보강간섭이 일어나게 된다. 이러한 시간에 따른 함수를 검출기로 출력한 것을 간섭파(interferogram)라고 한다.2. 실험 방법2.1 시약- pt/tio2 촉매- 액화 질소 5%2.2 실험 기구2.3 실험 순서(1) 촉매를 0.05 g 소분하여 곱게 간 후, FTIR 촉매 분석기에 잘 담는다. 이 때, 표면이 평평해질 때까지 잘 누른다.(2) N2 가스로 purging한 후, background를 측정한다.(3) 암모니아 2%/N2 balance로 가스를 불어넣고 약 30분 측정한다.(4) 측정한 데이터에서 조교가 시간별 측정 데이터 (background, 1분, 30분)를 제공하면, peak를 찾고 어떤 peak인지 고찰한다3. 실험 결과3.1 결과값 계산4. 결론 및 토의 (사진 포함)총 유량 : 1000cc/min산소 : 21%촉매 : pt/tio2상온 : 22℃< 온도 측정 >이번 실험은 IR을 이용하여 시료의 성분을 분석하는 실험으로 IR 중에서도 FTIR 분석법을 이용하였다. 분석가스는 톨루엔을 이용하였고, 질소를 퍼징에 사용하였다. 퍼징을 해주는 이유는 시료를 분석할 때 톨루엔이 대기 중 성분 (산소, 수소, 수증기 등)과 접촉할 경우 산화 또는 변형되기 때문에 질소와 같은 불활성 기체를 주입하여 산소농도를 낮춰준다. FTIR을 이용하면 반응물질 및 그 중간체, 생성물질에 대한 특성적인 흡수 피크를 나타내는 작용기가 있을 때, 이들에 의한 흡수 피크의 소멸 및 생성 과정을 추적함으로써 반응의 완결 및 속도, 메커니즘을 확인할 수 있다. 오늘 진행한 톨루엔의 흡착, 탈착 과정에서도 톨루엔이 바로 CO2로 변환되지 않고 중간반응물이 생성되기 때문에 결과값을 통해 이를 유추할 수 있다. 흡착과 탈착의 과정은 처음 상온의 상태에서 촉매와 톨루엔을 반응시키고, 다시 탈착을 시키기 위해 톨루엔의 추가 공급 없이 질소 가스만 주입한 상태에서 온도를 올리는 것 이다.스펙트럼의 각각의 상승 혹은 하락 피크를 통해 검출물질을 알아낼 수 있는데, 아래의 그림 표를 참고하여 확인 할 수 있다. 그래서 결과표를 보면 가장 아래에 있는 흡착 그래프와 나머지 탈착 그래프의 모양이 대체적으로 비슷하나 1600~1700cm-1 파장 부근의 peak에서 온전히 반대의 모습을 보인다.위의 스펙트럼 차트를 통해 흡착을 통해 알킨기 (C=C)가 나타난 것으로 유추할 수 있다. 그리고 탈착을 하기 위해 온도를 높인 이후부터는 1600-1300cm-1에서 보이는 질소화합물 N-O가 나타나는 것으로 보인다. 온도를 높일수록 변동량이 커지는 것으로 보아 질소가스를 넣어 산화되는 양이 점점 많아진 것으로 예상할 수 있다.작용기(진동방식)파수(cm-1)파장(㎛)흡수세기C - Halkanes(stretch)3,000~2,8503.33~3.51s?- CH3(bend)1,450~1,3756.90~7.27m?- CH2(bend)1,4566.83m?alkenes(stretch)3,100~3,0003.23~3.33m?(out of plane bend)1,000~65010.0~15.3s?aromatics(stretch)3,150~3,0503.17~3.28s?(out of plane bend)900~69011.1~14.5s?alkyne(stretch)ca.3,300ca. 3.02s?aldehyde2,900~2,8003.45~3.57wC = Calkane1,680~1,6005.95~6.25m-w?aromatic

공학/기술| 2021.05.27| 7페이지| 1,500원| 조회(254)

FTIR 분석, 환경공학과 실험, FTIR 분석 실험

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