• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.267-267
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• 2012

$TiO_2$-Ni inverse catalysts were prepared using atomic layer deposition (ALD) process and catalytic $CO_2$ reforming of methane (CRM) reaction over catalysts (either bare Ni or $TiO_2$ coated-Ni particles) were performed using a continuous flow reactor at $800^{\circ}C$. $TiO_2$-Ni inverse catalyst showed higher catalytic reactivity at initial stage of CRM reactions at $800^{\circ}C$ comparing to bare Ni catalysts. Moreover, catalytic activity of $TiO_2$/Ni catalyst was kept high during 13 hrs of the CRM reactions at $800^{\circ}C$, whereas deactivation of bare Ni surface was started within 1hr under same conditions. The results of surface analysis using SEM, XPS, and Raman showed that deposition of graphitic carbon was effectively suppressed in a presence of $TiO_2$ nanoparticles on Ni surface, thereby improving catalytic reactivity and stability of $TiO_2$/Ni catalytic systems. We suggest that utilizing decoration effect of metal catalyst with oxide nanoaprticles is of great potential to develop metal-based catalysts with high stability and reactivity.

• 한국가스학회지
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• 제23권2호
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• pp.1-8
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• 2019

근래 환경 문제가 이슈화됨에 따라, 수소 에너지에 대한 관심 역시 빠르게 집중되고 있다. 특히 국내에서는 수소 에너지의 보급을 위하여 정부 주도 하, 수소전기차 및 수소충전소의 확산이 탄력을 받고 있다. 그러나 수소 에너지의 도입 취지에 부합하는, 실질적인 국내 환경성에 대한 기여도가 평가되어야 하지만, 기존 $CO_2$ 배출량 분석 방법의 대부분은 미국의 에너지 환경을 대표하여 개발되었으므로, 국내 현실에 그대로 적응하기에는 한계가 존재한다. 따라서 본 논문에서는 국내에서 수소 생산 시 배출되는 $CO_2$ 배출량을 평가하는 방식으로, 물질 수지 기반의 수치 계산 분석을 제안한다. 제안한 방법을 바탕으로 천연가스, LPG, 나프타를 원료로 개질 반응 및 전기분해, COG를 활용한 수소 생산 시 국내에서 발생하는 $CO_2$ 배출량을 분석하였다. 또한, 해당 결과를 GREET 프로그램 분석 결과를 비교하여 제안한 방법의 신뢰성을 확인해보았다.

• 공업화학
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• 제8권4호
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• pp.685-693
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• 1997

여러 종류의 담체에 담지된 니켈 촉매상에서 메탄에 의한 이산화탄소 개질반응에 대해 연구하였다. 여러 가지 담체중에 천연 제올라이트가 가장 높은 활성을 보여주었고, 염기성 담체에 비해 산성 담체에 담지된 니켈 촉매의 활성이 좋았으며 촉매의 비활성화도 느리게 진행되었다. 천연제올라이트에 담지된 니켈 촉매의 담지율이 증가할수록 활성이 증가하였고, 10wt% 이상으로 담지된 경우에는 활성의 변화가 그다지 일어나지 않았다. 반응물중 메탄과 이산화탄소의 비에 따라 전환율과 생성물의 수율이 크게 영향을 받았으며, $CH_4/CO_2$의 비가 1일 때 가장 높은 수소 및 일산화탄소 수율을 나타내었다. 촉매의 비활성화는 반응중에 생성되는 코크에 침적에 기인하는 것으로 생각되며, 코크는 주로 메탄의 분해에 의해 생성되었고 코크의 형상은 whisker형으로 촉매의 비활성화 속도를 느리게 하였다.

• Korean Membrane Journal
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• 제5권1호
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• pp.68-74
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• 2003

Methane steam reforming (MSR) reaction for hydrogen production was studied in a membrane reactor (MR) using two tubular membranes, one Pd-based and one of porous alumina. A higher methane conversion than the thermodynamic equilibrium for a traditional reactor (TR) was achieved using MRs. The experimental temperature range was 350-500$^{\circ}C$; no sweep-gas was employed during reaction tests to avoid its back-permeation through the membrane and the steam/methane molar feed ratio (m) varied in the range 3.5-5.9. The best results (the difference between the MR conversion and the thermodynamic equilibrium was of about 7%) were achieved with the alumina membrane, working with the highest steam/methane ratio and at 450$^{\circ}C$. Silica membranes prepared at KRICT laboratories were characterized with permeation tests on single gases (N$_2$, H$_2$ and CH$_4$). These membranes are suited for H$_2$ separation at high temperature.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권2호
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• pp.169-175
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• 2018

본 연구는 핵융합 배가스 중 삼중수소가 포함된 화합물인 메탄($CQ_4$) 및 물($Q_2O$)로부터 수소동위원소를 회수하기 위한 공정에 관한 것이다(Q는 수소, 중수소, 삼중수소). 수증기-메탄 개질반응과 수성가스 전환반응을 이용하여 $CQ_4$와 $Q_2O$를 $Q_2$로 변환시키고, 후속하는 팔라듐 분리막으로 생성된 $Q_2$를 회수한다. 본 연구에서는 $CQ_4$ 및 $Q_2O$ 중 하나의 물질인 $CH_4$ 및 $H_2O$로부터 수소 회수를 위해 촉매반응기, 팔라듐 분리막, 순환펌프로 구성된 순환루프를 적용하였다. 촉매반응온도 및 순환유량을 변화시켜가며 $CH_4$ 및 $H_2O$의 전환율을 측정하였다. $CH_4$ 중 수소 회수는 촉매반응온도 $650^{\circ}C$, 순환유량 2.0 L/min 조건에서 99% 이상의 $CH_4$ 전환율을확인하였고, $H_2O$ 중수소 회수는촉매반응온도 $375^{\circ}C$, 순환유량 1.8 L/min 조건에서 96% 이상의 $H_2O$ 전환율을 확인하였다. 이와 더불어, 향후 핵융합 실증로(K-DEMO)에서의 $CQ_4$ 발생량을 예측하고, 이에 대한 처리공정을 제안하였으며, HAZOP (Hazard and Operability) 분석을 실시하여 공정의 위험요소와 운전상의 문제점을 도출하고 해결방안을 제시하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권4호
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• pp.496-523
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• 2018

본 연구의 목표는 톱밥의 건조, 급속열분해, 바이오오일 응축, 바이오오일 수첨개질, 전기생산, 폐수처리를 포함하는 2개의 바이오오일 생산공정들에 대한 경제적 타당성을 평가하는 것이다. 첫번째 공정은 수소생산을 위한 steam-methane reforming (SMR)을 포함하는 바이오오일 생산공정이다(Case 1). 두번째 공정은 SMR을 포함하지 않고 수소를 외부로부터 공급받아 수첨개질을 수행하는 바이오오일 생산공정이다(Case 2). 상용공정모사기인 ASPEN Plus를 이용하여 이두 공정에 대한 공정흐름도를 구축하였고, 물질 및 에너지 수지식을 계산하였다. 원료로서 40%의 수분을 포함하는 톱밥 100 t/d, 30% 자기자본비율, 자기자본에 상응하는 자본지출, 수소 구입가 $1,050/ton, 완전건조된 원료대비 수송용 연료 수율 20% (Case 1) 및 25% (Case 2) 로 가정하고, 4단계 경제성 분석기법인 4-level EP를 사용하여 기술경제성 분석을 수행하였다. 총투자비(TCI), 총생산비(TPC), 연간판매금액(ASR), 그리고 개질 바이오오일의 최소판매가격(MFSP)은 Case 1에 대하여 $22.2 million, $3.98 million/yr, $4.64 million/yr, 그리고 $1.56/l 이고, Case 2에 대하여 $16.1 million, $5.20 million/yr, $5.55 million/yr, $1.18/l로 산출되었다. 수소를 직접 생산하는 Case 1과 수소를 외부로 부터 공급받는 Case 2의 투자회수율(ROI)와 투자회수기간(PBP)은 큰 차이를 보여주지 않았고, Case 1과 Case 2의 원료 공급량을 1,500 t/d로 증가할 경우, ROI는 15% 이상으로 향상될 것으로 예상되었다.

• 공업화학
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• 제25권5호
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• pp.497-502
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• 2014

상압 플라즈마 반응기 내에 Ni-$Al_2O_3$와 Ni-$MgAl_2O_4$ 촉매를 충진한 하이브리드 반응기를 이용하여 메탄과 이산화탄소의 전환반응을 진행하였다. 인가전력, 반응가스 유량, 혼합비율 및 반응기 온도 등 다양한 공정변수와 촉매의 충진 유무에 따른 메탄과 이산화탄소의 전환반응 특성이 분석되었다. 촉매의 반응 기여도 분석에서 공정온도를 $400^{\circ}C$까지 올린 경우에도 플라즈마 방전이 없이는 메탄과 이산화탄소의 촉매를 통한 자발적 전환반응이 일어나지 않았다. 이는 촉매를 충진하지 않은 플라즈마 방전만의 전환공정과의 비교를 통하여 확인할 수 있었다. 플라즈마 반응기에 촉매를 적용하는 경우에는 공정의 적절성과 전환처리에 적합한 촉매의 선택이 필수적이다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.156-165
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• 2017

This study quantitatively assessed the environmental impacts of fuel cell (FC) systems by performing life cycle assessment (LCA) and analyzed their energy efficiencies based on energy return on investment (EROI) and electrical energy stored on investment (ESOI). Molten carbonate fuel cell (MCFC) system and polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) system were selected as the fuel cell systems. Five different paths to produce hydrogen ($H_2$) as fuel such as natural gas steam reforming (NGSR), centralized naptha SR (NSR(C)), NSR station (NSR(S)), liquified petroleum gas SR (LPGSR), water electrolysis (WE) were each applied to the FCs. The environmental impacts and the energy efficiencies of the FCs were compared with rechargeable batteries such as $LiFePO_4$ (LFP) and Nickel-metal hydride (Ni-MH). The LCA results show that MCFC_NSR(C) and PEMFC_NSR(C) have the lowest global warming potential (GWP) with 6.23E-02 kg $CO_2$ eq./MJ electricity and 6.84E-02 kg $CO_2$ eq./MJ electricity, respectively. For the impact category of abiotic resource depletion potential (ADP), MCFC_NGSR(S) and PEMFC_NGSR(S) show the lowest impacts of 7.42E-01 g Sb eq./MJ electricity and 7.19E-01 g Sb eq./MJ electricity, respectively. And, the energy efficiencies of the FCs are higher than those of the rechargeable batteries except for the case of hydrogen produced by WE.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제15권6호
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• pp.159-164
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• 2007

The purpose of this study is to reduce harmful emission gases in the range of stable combustion without loss of a thermal efficiency. Therefore, effects of both exhaust gas recirculation(EGR) and synthetic gas addition on engine performance and emission were investigated in a gasoline engine. Synthetic gas(syngas), which is in general prepared from reforming gasoline, was utilized in order to promote stable combustion. The major components of syngas are H2, CO and $N_2$ gases. The percentage of syngas addition was changed from 0 to 30% in energy fraction and EGR rate was varied up to 30%. As a result, $COV_{IMEP}$ as a parameter of combustion stability was decreased and THC/$NO_X$ emissions were reduced with the increase of syngas addition. And $COV_{IMEP}$ was increased with the increase of EGR but $NO_X$ emission was greatly reduced. In addition, under the region where the EGR rate is around 20%, thermal efficiency was improved.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 제17회 워크샵 및 추계학술대회
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• pp.140-148
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• 2005

The molten carbonate fuel cell (MCFC) is endowed with the high potential especially in future electric power generation industry by its own outstanding characteristics. KEPCO (KEPRI) started a 100 kW MCFC system development program in 1993 and has been executed 100kW system develpilot plant successfully completed first phaseopment by 2005 on the basis of successful results of 25kW system development. In this program, the components and mechanical structure for 100 kW stack and system construction were completed on last year and now system pre - commissioning was being executed. A 100 kW MCFC power plant was constructed at the site of Boryeong Thermal Power Plant. A 100 kW MCFC system has characterized as a high pressure operation mode, CO2 recycle, and externally reforming power generation system. The 100 kW MCFC system consisted with stacks which was made by two 50 kW sub-stacks, 90 cells with 6,000 cm2 active area and BOP including a reformer, a recycle blower, a catalytic burner, an inverter, and etc. The system has been operated from 13th of September on this year and produced 50 kW AC under atmospheric pressure condition and expected to operate by the end of this year.