JI, HYUNJIN;LEE, JUNGHUN;CHOI, EUNYEONG;YANG, SUNGHO
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.31
no.1
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pp.82-88
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2020
Recently, a fuel reforming plant for supplying high purity hydrogen has been studied to increase the operation time of underwater weapon systems. Since steam reforming is an endothermic reaction, it is necessary to continuously supply heat to the reactor. A fuel reforming plant needs a methanol-O2 catalytic burner to obtain heat and supply heat to the reformer. In this study, two types of designs of a catalytic burner are presented and the results are analyzed through the experiments. The design of the catalytic burner is divided into that the O2 supply direction is perpendicular to the methanol flow direction (Design 1) and the same as the methanol flow direction (Design 2). In case of Design 1, backfire and flame combustion occurred in the mixing space in front of the catalyst, and in the absence of the mixing space, combustion reaction occurred only in a part of the catalyst. For above reasons, Design 1 could not increase the exhaust gas temperature to 750℃. In Design 2, no flashback and flame combustion were observed, the exhaust gas could be maintained up to 750℃. However, the O2 distributor was exposed to high temperatures, resulting in thermal damage.
In this study, it achieved life cycle assessment to estimate environmental performance for naphtha steam reforming that account for the production over 50% of total hydrogen output. Although hydrogen dosen't emit air emissions, especially, $CO_2$, a large of $CO_2$ is emitted in hydrogen production process. In the result of this study, it ascertained the truth that $CO_2$ is emitted at the rate of $6.3kg/kgH_2$ and that result from steam reforming reaction and use of fossil fuel in hydrogen manufacturing process. Above all, 57% of total $CO_2$ emissions is emitted in process of steam reforming of naphtha and so it knew that the principle of steam reforming is key issue in aspect to environment. Also, it compared hydrogen by fuel of fuel cell vehicle with gasoline fuel of general gasoline vehicle to analyze relative environment of hydrogen for fossil fuel during the life cycle. As the result, it might be difficult in improvement of environment because $CO_2$ emissions during the hydrogen manufacturing process is nearly the same with that during the use of gasoline.
$CO_2$ 분리는 크게 연소전 탈탄소화(pre-combustion capture)와 연소후 포획(post-combustion capture)으로 나누어지는데, post-combustion capture는 연료가 연소하면 $N_2$와 $CO_2$가 남게 되고 흡수나, 흡착, 막분리 등을 이용해서 $CO_2$를 분리하는 것이고, Pre-combustion capture(연소전 회수)는 연소 전에 이산화탄소가 발생되지 않도록 하는 기술로써, 부분 산화나 개질 및 수성가스 변위반응 등이 포함되며 생성된 수소와 이산화탄소를 분리하여 수소를 생산하는 기술($CO_2/H_2$ 분리가 핵심)이다. 우리나라는 대부분 연소 후 포획 위주로 많은 연구가 진행되어 왔지만, 최근 고유가 시장이 형성되면서 석탄화력발전 및 복합가스발전(IGCC)에 필요한 연소전 탈탄소화($H_2/CO_2$ 가스로부터 $CO_2$ 회수) 연구에 산업적 관심이 급상승 되고 있다. 특히, Pre-combustion 과정에서는 높은 자체압력(약 2.5 - 5.0MPa)과 비교적 높은 농도의 $CO_2$(약 40%의)가 발생되기 때문에, 연소전 탈탄소화는 가스하이드레이트 형성/분해 원리가 가장 잘 적용될 수 있는 기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 비교적 저압 조건에서도 하이드레이트를 보다 쉽게 형성시키는 촉진제를 이용하여 $CO_2/H_2$ 혼합 가스 중 $CO_2$를 분리하는 실험을 수행하였다.
In the last decade, various types of energy harvesting and conversion systems based on ion exchange membranes (IEMs) have been developed for eco-friendly power generation and energy-grid systems. In these membrane-based energy systems, high ion selectivity and conductivity properties of IEMs are critical parameters to improve efficiency of the systems such as proton exchange membrane fuel cells, anion exchange membrane fuel cells, redox flow batteries, water electrodialysis for hydrogen production, and reverse electrodialysis. This article suggests variable approaches to overcome trade-off limitation of polymeric membrane ion transport properties by reviewing various types of composite ion-exchange membranes including novel inorganic-organic nanocomposite membrane, surface modified membranes, cross-linked and pore-filled membranes.
Kim, Su-Hyun;Gu, Jae-Hoi;Seo, Min-Hye;Yoon, Ki-Su;Kim, Sung-Hyun;Choi, Jong-Hye
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.06a
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pp.829-831
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2009
폐기물, 석탄 등 다양한 시료의 가스화 반응을 통해서 발생되는 합성가스는 CO, $H_2$, $CO_2$가 주성분으로 가스엔진, 가스터빈 등의 연료로 사용하여 발전하거나 합성반응을 통해 다양한 화학원료로의 전환이 가능하다. 또한 폐기물, 석탄 등의 다양한 원료의 가스화 반응에 의해 발생한 합성가스로부터 F-T(Fischer-Tropsch) 합성을 통한 인조합성석유, Non F-T 합성을 통한 메탄올, DME(Dimethyl Ether) 등을 제조할 수 있으며, 메탄화 반응을 통해 대체천연가스(SNG, Substitute Natural Gas)로 제조하여 활용하는 방안도 가능하다. 또한 현재 상업용 규모의 수소 제조 방법 중에서 가장 경제적인 방법으로 천연가스를 개질하여 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스를 만든 다음 수성가스 전환, PSA(Pressure Swing Adsorption)통해 $CO_2$와 $H_2$를 분리하여 생산하고 있으나, 천연가스 가격의 상승 및 다양한 시료로부터 향후 경제성 확보가 가능한 수소 제조 방법에 대한 연구가 진행되고 있으며, 석탄 가스화 및 폐기물 가스화를 통해 얻어진 합성가스로부터의 수소 제조 공정이 개발 및 상업화 추진되고 있다. 본 연구에서는 폐기물 가스화를 통해 발생한 합성가스에 대하여 수성가스 전환 반응을 통한 수소 생산 특성 및 수성가스 전환 반응의 공간속도 변화 및 스팀주입량 변화에 따른 반응 특성을 고찰하였다.
Small amounts of CO in reformate fuel gas effectively block platinum catalysts by strong adsorption on the platinum surface at the operation temperature of $60{\sim}80^{\circ}C$ in PEMFC. To oxidate CO, Ru/C layer (CO filter) was placed between Pt/C layer and GDL (gas diffusion layer) in this study. Ru/C filter provided good CO-tolerant PEMFC anode, but decreased the performance of unit cell about 10% at 0.6 V due to mass transfer resistance from Ru/C filter thickness and increase of charge transfer resistance. Membrane degradation is one of the most important factors limiting the life-time of PEMFCs. Membrane durability would be dependent on the electrode catalyst type. It seemed that Ru catalyst layer would shorten the life time of PEMFC as enhanced the fluoride emission rate of membrane in acceleration test.
Polymer electrolyte fuel cells(PEFC) have been considered to be a suitable candidate for residential, portable and mobile applications, due to their high efficiency and power density, even at low operating temperature. KIER developed a 5kW class PEFC system for residential application and operated the system for over 1,000 hours. To develop a 5kW PEFC system, performance of a cell was improved through successive tests of single cell of small and large area. Fabrication of three 2,5 kW class stacks, design and fabrication of natural gas reformer, design of auxiliary equipments such as DC/DC converter, DC/AC inverter and humidifying units were carried out along with integration of components, operation and evaluation of total system. During the development period from 1999 to 2001, MEA(membrane electrode assembly) fabrication technologies, design and fabrication technologies for separators, stacking technologies and so on were developed, thereby providing basis for developing stacks of higher efficiency and power density in the future. Experience of development of natural gas reformer opened possibilities to use various kinds of fuels. Main results obtained from the development of a 5kW class PEFC system for residential application are summarized.
In order to invigoration the hydrogen economy, production of hydrogen needed for hydrogen charging stations and hydrogen fuel cells is needed. Generally, it is reforming used to coal fuel or natural gas. Other technologies include water electrolysis using pure water. Among these water electrolysis technologies, development is mainly carried out using PEM(Polymer Electrolyte Membrane electrolysis). In this study, the company aims to identify potential harmful hazards to PEM electrolysis hydrogen stations in the development stage among hydrogen charging stations. In order to find the hazardous factors in the facilities of the electrolysis and hydrogen charging stations, we were analyzed by Failure Mode & Effect Analysis(FMEA).
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.14
no.4
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pp.93-103
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2006
Biogas is a byproduct after anaerobic digestion of organic materials and has been used as an energy source for heating and generating electricity. Demands of methanol for fuel mixed with gasoline and reactant in biodiesel production are steadily being increased. In this review, we summarized recent advancements in direct partial oxidation of methane to methanol with the brief history of methanol synthesis. The steam reforming and the catalytic oxidation of methane to methanol were compared, the former of which are mainly used in industrial scale and the latter in a stage of research and development. On the basis of this review, the possibility of methanol conversion from biogas was proposed in the aspects of the technological feasibility and the economical practicability.
The basic properties of cow and chicken manure such as proximate analysis and element analysis were estimated and the comparison to energy characteristics of carbonization residue between cow and chicken manure was evaluated. The optimum carbonization condition of cow and chicken manure was decided by total heating value of carbonization residue which was expressed by multiplying low heating value by yield. The optimum carbonization conditions for carbonization time and temperature can be decided by 15 min, and $350^{\circ}C$ for chicken manure, and 20 min, and $300^{\circ}C$ for cow manure. At the optimum carbonization conditions, low heating values for the carbonization residue of cow and chicken manure are evaluated by 4,378kcal/kg, and 3,462kcal/kg, respectively. The residues of cow manure were satisfied with the standard of solid fuel product. However, the residue of chicken should be improved by materials changes to be used as a renewable energy source.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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