Optimization of DME Reforming using Steam Plasma

In today's global energy market, the importance of green energy is emerging. Hydrogen energy is the future clean energy source and one of the pollution-free energy sources. In particular, the fuel cell method using hydrogen enhances the flexibility of renewable energy and enables energy storage and conversion for a long time. Therefore, it is considered to be a solution that can solve environmental problems caused by the use of fossil resources and energy problems caused by exhaustion of resources simultaneously. The purpose of this study is to efficiently produce hydrogen using plasma, and to study the optimization of DME reforming by checking the reforming reaction and yield according to temperature. The research method uses a 2.45 GHz electromagnetic plasma torch to produce hydrogen by reforming DME(Di Methyl Ether), a clean fuel. Gasification analysis was performed under low temperature conditions ($T3=1100^{\circ}C$), low temperature peroxygen conditions ($T3=1100^{\circ}C$), and high temperature conditions ($T3=1376^{\circ}C$). The low temperature gasification analysis showed that methane is generated due to unstable reforming reaction near $1100^{\circ}C$. The low temperature peroxygen gasification analysis showed less hydrogen but more carbon dioxide than the low temperature gasification analysis. Gasification analysis at high temperature indicated that methane was generated from about $1150^{\circ}C$, but it was not generated above $1200^{\circ}C$. In conclusion, the higher the temperature during the reforming reaction, the higher the proportion of hydrogen, but the higher the proportion of CO. However, it was confirmed that the problem of heat loss and reforming occurred due to the structural problem of the gasifier. In future developments, there is a need to reduce incomplete combustion by improving gasifiers to obtain high yields of hydrogen and to reduce the generation of gases such as carbon monoxide and methane. The optimization plan to produce hydrogen by steam plasma reforming of DME proposed in this study is expected to make a meaningful contribution to producing eco-friendly and renewable energy in the future.

수증기 플라즈마를 이용한 DME 개질의 최적화 방안 연구

오늘날 세계 에너지 시장에서는 친환경 에너지의 중요성이 대두되고 있다. 수소 에너지는 미래의 청정에너지원이며 무공해 에너지원 중 하나이다. 특히 수소를 이용한 연료전지 방식은 재생에너지의 유연성을 높여주고 장기간 에너지 저장 및 변환이 가능해서 화석 자원의 사용에 따른 환경문제와 자원의 고갈로 인한 에너지 문제를 동시에 해결할 수 있는 방안으로 판단된다. 본 연구의 목적은 플라즈마를 이용하여 효율적으로 수소를 생산하는 방안으로, 온도에 따른 개질반응과 수율을 확인하여 DME(Di Methyl Ether)개질의 최적화 방안을 연구하는데 있다. 연구 방법은 2.45 GHz의 전자파플라즈마 토치를 사용하여 청정 연료인 DME를 개질하여 수소를 생산하고, 저온 조건($T3=1100^{\circ}C$), 저온 과산소 조건($T3=1100^{\circ}C$), 고온 조건($T3=1376^{\circ}C$)에서 가스화 분석을 진행하였다. 저온 가스화 분석을 통해 $1100^{\circ}C$ 근처에서는 불안정한 개질 반응으로 인해 메탄이 발생하는 현상을 확인하였고, 저온 과산소 가스화 분석은 저온 가스화 분석과 비교하였을 때 수소는 적으나 이산화탄소는 많은 것을 확인할 수 있었다. 고온에서의 가스화 분석을 통해 $1200^{\circ}C$ 이상에서는 메탄이 발생하지 않았고 약 $1150^{\circ}C$ 부터 메탄이 발생하는 것을 알 수 있었다. 결론적으로 개질반응시 온도가 높을수록 수소의 비율이 높아지나 CO 비율은 증가하는 것을 볼 수 있었다. 그러나, 가스화기의 구조적인 문제로 인해 열손실과 개질의 문제가 발생함을 확인하였다. 향후 연구의 발전 방향으로는, 가스화기 개선을 통해 불완전한 연소를 줄여 높은 수율의 수소를 얻고 일산화탄소, 메탄과 같은 기체의 발생을 낮출 필요성이 있는 것으로 판단된다. 본 연구에서 제안하는 DME를 수증기 플라즈마 개질하여 수소를 생산하는 최적화 방안이, 향후 친환경, 신재생 에너지를 생산하는데 의미있는 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다.