천연가스로부터 합성가스를 거쳐 제조되는 디메틸에테르가 디젤 대체연료로서 가지는 환경적 가치를 평가하기 위하여 전과정평가를 실시하였다. 전과정평가를 위한 시스템 경계 안에는 디젤과 디메틸에테르 두 물질에 대한 원료 물질의 획득부터 연소를 통한 최종 소비까지의 과정이 포함되었다. 디젤과 디메틸에테르 각각에 대한 목록분석을 실시한 결과 천연자원의 소모와 대기오염물질의 배출이 두 물질과 관련된 가장 중요한 환경오염인자라는 것을 알 수 있었다. 두 물질에 대한 영향평가의 결과로부터 인간의 건강과 생태계 보전이라는 측면에서는 디메틸에테르가 환경적으로 우수하지만 천연자원의 고갈이라는 측면에서는 디젤이 보다 우수함을 알 수 있었다. 목록분석과 영향평가의 결과를 바탕으로 디젤 대체연료로서 디메틸에테르가 가지는 환경적 가치를 제고하기 위한 방안을 제시하였다.
최근 자동차용 청정 연료로서의 이용 가능성으로 주목받는 디메틸에테르를 액상 혼합 반응기에서 직접 합성 가스로부터 합성하였다. 메탄올 함성촉매와 감마알루미나의 혼성촉매를 사용한 결과, $H_2$/CO=1일 때, 메탄올 함성 촉매와 탈수촉매의 비가 8:2인 경우, 가장 높은 메탄옥 환산 생산량을 보였다. 또한 공간속도의 변화에 따른 디메틸에테르, 메탄올, 이산화탄소, 메탄 등 각 생성물에 대한 선택도의 변화는 거의 없이 일정하였다. 메탄옥 합성 반응 촉매만을 사용한 경우, 생성물 중 각 성분의 선택도는 반응가스의 공간속도에 따라 달라졌는데, 반응가스의 공간속도가 작아지면 생성물 중 디메틸에테르의 선택도는 변화가 없었으나, 이산화탄소의 발생량이 많고 메탄올의 생성이 적어졌다. 동일한 반응 조건에서 액상 반응과 시강 반응을 비교한 결과, DME 수율이 액상의 경우가 더 높았다.
현재 인류가 직면하고 있는 에너지 및 환경 문제를 해결할 수 있는 최선의 대안으로서 수소 에너지 및 연료전지 기술에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 디메틸 에테르를 이용한 수소 생산 기술에 대한 연구를 수행하였다 디메틸 에테르(BATE)는 안정한 화합물로서 비 활성적이고 부식성이 없으며 발암성 및 마취성이 얼어 인체에 무해한 청청 연료로서 각광을 받고 있으며 특히 기존의 LPG 인프라를 그대로 사용할 수 있는 장점 등으로 수소 스테이션 및 소형 연료전지용 수소 발생기 등에의 적용을 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 이러한 응용을 위한 수소 발생기용 DME 개질 반응기의 개발을 위하여 본 반응에 대한 촉매 종류의 영향, 공간속도의 최적화, 반응 메카니즘에 따른 촉매 선정, 반응온도 등의 다양한 반웅 조건에 대한 영향을 확인하고 실제 소형 연료전지를 위한 수소공급 장치로서 적용코자 마이크로채널 반응기에 적용하여 마이크로채널 DME 개질반응기의 컴팩트한 수소공급 장치로서의 적용 가능성을 평가하였다.
고지혈증 치료제로 잘 알려져 있는 난용성 약물인 심바스타틴(Simvastatin)을 대상으로 더메틸에테르를 용매로 사용하고 초임계이산화탄소를 역용매로 사용하는 초임계 역용매 재결정법에 의해 약물 미세입자를 제조할 때, 운전조건을 설정하는데 활용될 수 있는 가이드라인을 제공하기 위하여 simvastatin/디메틸에테르/초임계이산화탄소 3성분계 혼합물의 상거동을 연구하였다. 가변부피 투시 셀이 장착된 고압 상평형장치를 사용하여 여러 가지 조건에서 3성분계 혼합물의 구름점(cloud point)을 측정함으로서 디메틸에테르와 초임계이산화탄소의 혼합용매에서 simvastatin의 용해도를 온도, 압력, 용매 조성의 함수로 결정하였다. 주어진 온도에서 simvastatin 약물의 용해도는 디메틸에테르의 조성과 압력이 증가할수록, 온도가 감소할수록 증가하였다.
본 연구는 고압하에서 폴리에틸렌($M_w=700,\;1000$ 및 2000)/부탄(butane)과 폴리에틸렌($M_w=700,\;1000$ 및 2000)/디메틸 에테르(dimethyl ether)계에 대한 상거동 실험을 수행하였다. 폴리에틸렌/부탄계는 $M_w=700,\;1000$ 및 2000의 각 중량분자량에 대해 농도를 증가시키면서 압력-온도관계를 나타내었다. 각 중량분자량의 농도가 증가함에 따라 온도와 압력이 증가하다 농도가 약 16 wt % 이상에서 압력이 감소함을 보였다. 또한 각 분자량에 대해 폴리에틸렌의 양을 약 5 wt % 첨가하여 상거동을 압력-온도관계로 나타내었으며, $M_w=700,\;1000$ 및 2000으로 분자량이 증가함에 따라 압력이 증가함을 보였다. 폴리에틸렌/디메틸 에테르계는 각각의 분자량에 따라 상거동을 나타내었으며, 온도 약 $120{\sim}220^{\circ}C$ 범위에서 압력 40~290 bar 범위로 나타났다. 폴리에틸렌/디메틸 에테르계의 압력-온도관계는 폴리에틸렌의 분자량이 증가함에 따라 온도와 압력도 증가하였으며, 각 분자량에 따른 압력차는 60 bar 정도로 나타났다. 또한 각 분자량에 따라 약 5 wt % 일정량의 폴리에틸렌에 대한 폴리에틸렌/부탄과 폴리에틸렌/디메틸에테르계를 비교한 결과 압력차는 약 $25(M_w=700)$, 약 $90(M_w=1000)$ 및 약 100 bar($M_w=2000$)의 간격으로 나타났다.
DME(Dimethyl ether) Dimethyl Ether (DME) is a new clean fuel and an environmental-benign energy resource. In comparison with other fuels, DME rapidly decomposes into carbon dioxide ($CO_2$) and water in the atmosphere without forming ozone. It can be manufactured from various energy sources including natural gas, coal, biomass and spent plastics. In addition to its environmentally friendly properties, DME is considered as one of the most promising candidates for the substitute of LPG and diesel fuel. In this work, we will be studied to find optimized condition for the catalyst of DME energy manufacture from hydrogen and carbon oxide and its chemical and physical characteristics.
디젤의 대체연료인 디메틸 에테르의 반응기구 축소에 관한 수치해석을 수행하였다. 상세반응기구(79 개의 화학종과 351 개의 반응단계)를 기초로, 최대몰농도 해석과 민감도 해석을 균질 반응기 모델에 적용하였다. 축소반응기구는 상세반응기구의 착화지연기간과 비교하여 구축하였는데, 기준값으로 $7.5{\times}10^{-5}$을 적용했을 때 44 개의 화학종과 166 개의 반응단계로 구성된다. 축소반응기구의 계산 정확도를 검증하기 위하여 두 반응기구를 단일영역 균일예혼합 압축착화 엔진모델에 적용하였고, 축소반응기구의 계산결과는 상세반응기구의 결과와 일치하였다. 따라서 본 연구의 축소반응기구는 계산의 정확도의 손실 없이 DME 를 연료로 사용하는 압축착화엔진의 착화 및 연소 과정을 모사하는데 이용될 수 있다.
디메틸 에테르(DME)는 최근 청정 연료로서 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 메탄올 탈수반응을 통한 디메틸 에테르(DME)의 제조에 대하여 조사하였다. 이때 촉매는 제올라이트 계열인 고체산 촉매를 이용하였다. 조촉매로서 세리아가 반응전환율뿐만 아니라 DME 생성 선택도도 증가시키는 것을 발견하였다. 실리카/알루미나의 조성비와 촉매 표면의 세리아의 무게함량을 변화시켜 최적의 촉매를 선정하였다. 5 wt%의 세리아가 첨가된 ZSM5-30의 DME에 대한 반응선택성이 가장 뛰어났으며, 이 촉매는 메탄올 내에 포함되어 있는 수분의 영향을 거의 받지 않았다. 마이크로 반응기에서 얻은 데이터를 가지고 반응 속도식을 구하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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