• 전기화학회지
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• 제10권2호
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• pp.110-115
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• 2007

고온형 연료전지인 고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell, SOFC)는 연료에 대한 유연성(fuel flexibility)이 높다. 따라서 높은 에너지 밀도를 가진 디젤을 개질하여 SOFC를 운전하는 것은 효과적인 방법이다. 하지만 디젤이 가지는 특성으로 인해 디젤 자열개질기(autothermal refromer)는 운전 시간에 따라 탄소 침적(carbon deposition) 현상이 발생하여 개질기의 성능이 쉽게 저감된다. 개질기 성능 저감 현상 때문에 개질 가스들 중에 탄화수소 생성량이 많아지며, 이는 SOFC 성능도 저감시킨다. 이러한 현상은 연료극에 공급되는 탄화수소가 야기하는 탄소 침적으로 사료된다. 본 연구에서는 탄화수소가 SOFC에 주는 성능 저감을 확인하였으며, 연료전지 성능 저감을 줄이기 위한 디젤 자열개질기 반응물들의 조건 선정($H_2O/C$와 $O_2/C$의 몰 비)을 통해 디젤 자열 개질기 특성을 살펴보았다. 특히 $H_2O/C=0.8$과 $O_2/C=3$인 디젤 자열개질 반응 조건에서 좋은 개질 성능을 확인할 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권4호
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• pp.394-401
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• 2005

저온 플라즈마 연료개질 장치를 개발하여 여러 운전인자가 그 성능에 미치는 영향을 조사하였고 생성된 수소농후 개질가스를 무부하(Idle) 상태의 디젤엔진에 연소용 공기와 같이 주입하여 NO와 매연 저감효율에 미치는 영향을 조사하였다 전력 소모량이 증가할수록 개질반응의 점화가 더욱 용이하였으나 $H_2$ 농도, $H_2$ 수율, 에너지 전환율과 같은 저온 플라즈마 연료개질 장치의 성능은 O/C 비에 의해서만 영향을 받았는데 그 이유는 평형 반응온도가 O/C 비에 의하여 결정되기 때문이다. 저온 플라즈마 연료개질 장치에서의 $H_2$ 수율과 에너지 전환율은 O/C 비가 증가함에 따라 O/C 비가 $1.2{\sim}1.5$에서 33.4%와 66%의 최고값을 통과하였다. $H_2$ 수율과 에너지 전환율이 O/C 비가 $1.2{\sim}1.5$ 이하인 범위에서 O/C 비가 증가함에 따라 증가하는 이유는 O/C 비가 높아짐에 따라 완전 산화반응이 충분히 일어나서 반응온도가 높아지기 때문으로 보인다. O/C비가 $1.2{\sim}1.5$ 이상인 범위에서 O/C 비가 증가함에 따라 $H_2$ 수율과 에너지 전환율이 감소하는 현상은 과잉산소 조건에서 완전산화반응이 더욱 촉진되어 $H_2$ 수율과 에너지 전환율이 감소하였기 때문으로 보인다. 무부하 상태의 디젤엔진에 개질가스를 주입시 개질된 디젤/총디젤 무게비가 $18.2{\sim}23.5%$까지 증가할 때 NO저감효율과 매연제거효율은 각각 68.8%와 55.5%까지 증가하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권7호
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• pp.689-696
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• 2010

디젤엔진은 높은 열효율과 우수한 연비 성능 등의 장점을 가지고 있으나, 기화된 연료와 주변 공기가 혼합된 후 착화되는 과정을 거치기 때문에 이론 공연비 영역에서는 질소산화물(NOx) 배출이 증가되는 문제점을 가지고 있다. 최근 활발히 연구되고 있는 높은 정화 효율을 가진 LNT 촉매는 희박 분위기 조건에서는 NOx를 흡장하게 되고 과농한 분위기에서는 환원 분위기 형성을 통하여 NOx를 저감시키게 된다. 희박 공연비에서 동작하는 디젤 엔진에서는 이러한 환원 과정을 이루기 위해 주기적으로 과농한 분위기를 형성해주어야만 하는데, 이러한 연구는 NOx 저감을 위해 HC를 포함한 환원제의 농도를 제어하는 기술로서 본 연구에서는 디젤을 연료로 하는 수소농후가스 발생장치를 이용하여 LNT 촉매에 환원제로서 수소농후가스를 직접 공급하는 방식으로 LNT 촉매의 NOx 저감 특성을 파악하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.218-221
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• 2009

Solid oxide fuel cells (SOFCs), as high-temperature fuel cells, have various advantages. In some merits of SOFCs, high temperature operation can lead to the capability for internal reforming, providing fuel flexibility. SOFCs can directly use CH4 and CO as fuels with sufficient steam feeds. However, hydrocarbons heavier than CH4, such as ethylene, ethane, and propane, induce carbon deposition on the Ni-based anodes of SOFCs. In the case of the ethylene steam reforming reaction on a Ni-based catalyst, the rate of carbon deposition is faster than among other hydrocarbons, even aromatics. In the reformates of heavy hydrocarbons (diesel, gasoline, kerosene and JP-8), the concentration of ethylene is usually higher than other low hydrocarbons such as methane, propane and butane. It is importatnt that ethylene in the reformate is removed for stlable operation of SOFCs. A new methodology, termed post-reforming was introduced for removing low hydrocarbons from the reformate gas stream. In this work, activity tests of some post-reforming catalysts, such as CGO-Ru, CGO-Ni, and CGO-Pt, are investigated. CGO-Pt catalyst is not good for removing ethylene due to low conversion of ethylene and low selectivity of ethylene dehydrogenation. The other hand, CGO-Ru and CGO-Ni catalysts show good ethylene conversion, and CGO-Ni catalyst shows the best reaction selectivity of ethylene dehydrogenation.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.78.1-78.1
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• 2010

The metal-supported solid oxide fuel cell (SOFC) was studied. Hydrocarbon fueled operation is necessary to make SOFC system. Different operating characteristics for metal-supported SOFC are used than for conventional ones as hydrocarbon fueled operation. Metal-supported SOFC was successfully fabricated by a high temperature sinter-joining method and the cathode was in-situ sintered. Synthetic gas, which is compounded as the diesel reformate gas composition and low hydrocarbons was completely removed by the diesel reformer. Metal-supported SOFC with synthetic gas was operated and evaluated and its characteristics analyzed. Button cell and $5{\times}5cm^2$ single stack were mainly operated and analyzed. Long-term operation using diesel reformate shows degradation, and degradation analysis was completed in the view of metal oxidation. Solution to increase stability of long-term operation was tried in the way of materials and operating conditions. Finally, $5{\times}5cm^2$ metal-supported single stack using synthetic gas was operated for 1000 hours under the modified condition.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권6호
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• pp.727-735
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• 2014

본 연구에서는 바이오디젤 생산의 부산물인 글리세롤로부터 수증기 개질(Steam Reforming, SR) 반응을 통해 수소를 생산하는 공정의 모델링과 모사 및 최적화를 수행했다. 글리세롤을 이용한 수소 생산 방법은 기존의 수소 생산방법인 메탄의 수증기 개질법(Steam Methane Reforming, SMR)을 대체할 수 있는 새로운 방법으로 세계 여러 곳에서 연구가 진행 중이다. 글리세롤과 수증기의 기체 혼합물을 고온의 반응기 내에서 개질시켜 합성가스(CO, $H_2$)를 생산하고, 합성가스에 포함된 일산화탄소를 수성 가스 전화 반응(Water-Gas Shift, WGS)을 통해 수증기와 반응시켜 수소를 생성하고, 최종적으로 Pressure Swing Adsorption (PSA) 공정을 통하여 이산화탄소와 수소를 분리하여 정제된 수소를 얻는다. 공정시뮬레이션 프로그램인 UniSim을 이용하여 시뮬레이션을 진행하였으며, 열효율 개선을 실시하여 운전 비용을 절감하고자 하였다. 기존 연구인 미국 DOE와 독일 Linde의 글리세롤 이용 수소 생산공정과 수율 비교를 진행하였고, 수소 에너지 인프라 구축에 기여하기 위한 최적의 생산방법을 제안하였다.

• 에너지공학
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• 제10권1호
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• pp.40-48
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• 2001

디젤엔진에 적합한 환경 친화적 연료로 평가받고 있는 디메틸에테르(DME)를 기존의 메탄올 탈수화에 의한 간접법 대신 합성 가스로부터 직접 합성법으로 제조하였다. 합성가스에서 메탄올을 합성하는 경우에 비해 화학 평형 상의 이점 때문에 DME를 합성하는 것이 경제적이며 이는 실험 결과와 일치하였다. 기상 반응기에서 메탄올 탈수촉매의 부가에 의한 메탄올 환산 생산량은 메탄올 합성촉매에 의한 생산량에 비해 두 배 이상의 증가를 보인다. 메탄올 탈수촉매를 Cu로 개질한 효과는 없었으며, 메탄올 탈수촉매로서 순수 감마알루미나가 가장 우수한 반응성을 보였다. 반응 조건이 25$0^{\circ}C$, 30atm일 때 고려된 GHSV 범위에서 촉매 적정 혼합비는 7:3, 합성 가스의 조성비는 $H_2$/CO=1일 때 가장 좋은 선택도와 수율을 나타내었다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제20권4호
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• pp.528-535
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• 2017

Fuel cells have been spotlighted in the world for being highly efficient and environmentally friendly. A hydrogen which is the fuel of fuel cell can be obtained from a number of sources. Hydrogen source for operating the polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) in the current underwater environment, such as a submarine and unmanned underwater vehicles are currently from the metal hydride cylinder. However, metal hydride has many limitations for using hydrogen carrier, such as large volume, long charging time, limited storage capacity. To solve these problems, we suggest diesel reformer for hydrogen supply source. Diesel fuel has many advantages, such as high hydrogen storage density, easy to transport and also well-infra structure. However, conventional diesel reforming system for PEMFC requires a large volume and complex CO removal system for lowering the CO level to less than 10 ppm. In addition, because the preferential oxidation(PROX) reaction is the strong exothermic reaction, cooling load is required. By changing this PROX reactor to hydrogen separation membrane, the problem from PROX reactor can be solved. This is because hydrogen separation membranes are small and permeable to pure hydrogen. In this study, we conducted the pressurized diesel reforming and water-gas shift reaction experiment for the hydrogen separation membrane application. Then, the hydrogen permeation experiments were performed using a Pd alloy membrane for the reformate gas.

• 한국석유지질학회지
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• 제14권1호
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• pp.45-52
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• 2008

천연가스로부터 청정연료인 합성유를 제조하는 GTL기술은 1920년대 군수의 목적으로 독일의 Fisher와 Tropsch에 의해서 석탄으로부터 합성유를 제조하는 기술의 필요에 의해 처음으로 개발되었다. 이후, 1960년대 인종차별로 인한 정치적 고립으로 석유수급이 어려웠던 남아프리카공화국의 수송용 연료의 필요에 의해 Sasol사에서 본격적으로 FT(Fisher-Tropsch) 합성기술을 상용화하기 시작했다. 최근까지도 저렴한 석유자원으로 인해 GTL기술이 원유 정제기술로부터 얻어지는 석유제품에 비해 경제성을 확보하지 못하여 본격적인 상업화가 지연되어 왔으나, 에너지 자원의 수급 및 기타 경제적, 환경적 변화로 인해 GTL사업에 대한 관심이 고조되고 있으며 보유 석유자원이 한계에 다다라 상대적으로 풍부한 천연가스의 석유화를 목표로 하고 있는 카타르를 중심으로 GTL플랜트 건설이 추진되고 있다. 천연가스를 원료로 석유제품(디젤 및 나프타, 윤활기유 등)을 만드는 GTL기술은 크게 3가지 공정으로 구분되는데, 천연가스에서 수소와 일산화탄소를 제조하는 합성가스 제조공정(Synthesis Gas Generation), 합성가스를 FT합성반응에 의해 고분자 선형탄화수소로 전환시키는 FT합성공정(FT Synthesis)과 FT합성유로부터 석유제품을 만드는 개질공정(Product Upgrading)으로 구성된다. 생산된 제품은 유황 및 질소화합물 등을 적게 함유하고 있고, 정유플랜트 연료보다 방향족성분이 적어, 연소 시 인체에 해로운 물질을 적게 생산하는 청정연료이며, 천연가스를 저온 액화하는 LNG사업에 비하여 운송이 용이하고 안정성이 높다는 장점을 가지고 있다.

• 유기물자원화
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• 제14권4호
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• pp.93-103
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• 2006

바이오가스는 유기물의 혐기소화과정에서 생기는 부산물로 열에너지와 전기에너지로 사용되어왔다. 바이오디젤생산의 반응물과 연료로 사용되고 있는 메탄올의 수요는 꾸준히 증가하고 있다. 본 총설에서는 메탄올을 메탄올로 전환하는 직접부분산화법의 최근 발전 동향을 간략한 메탄올합성의 역사와 함께 다루었으며, 산업 규모에서 주로 사용되고 있는 증기개질반응과 현재 연구단계에서 발전하고 있는 촉매산화법을 비교하였다. 이 총설에서는 바이오가스로부터 메탄올전환의 가능성이 기술적인 측면과 경제적 실용성 면에서 제시되었다.