• 한국산업정보학회논문지
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• 제24권5호
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• pp.9-16
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• 2019

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.

• 유기물자원화
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• 제27권4호
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• pp.25-33
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• 2019

하수슬러지로부터 바이오가스를 생산하기 위한 30 L 규모의 미생물전기분해전지 시스템의 초기 운전특성에 관한 연구를 수행하였다. 32일간의 식종기간동안, 운전시간이 경과함에 따라 이산화탄소 농도는 감소하고 메탄농도가 증가하였으며, 69.1%의 농도를 가진 메탄가스가 171.6 mL CH₄/L·d의 속도로 얻어졌다. 식종이 끝난 후에 6회의 운전 사이클동안 이루어진 회분식 실험에서, 66.5~77.2%의 농도를 가진 메탄을 184.9~372.9 mL CH₄/L·d의 생산속도로 얻어졌다. COD의 제거효율은 28.2~42.1%의 범위를 가지며, TS와 VS의 제거효율은 각각 20.7~37.5%와 18.5~36.9%의 범위를 가지는 것으로 나타났다. 식종 후 운전 사이클이 반복됨에 따라 시스템의 안정화가 이루어지는 것이 관찰되었다. 마지막 운전 사이클에서 메탄의 발생량과 수율은 각각 5221 mL/L와 316.7 L CH₄/kg COD_rem이었으며 에너지회수율은 73%이었다.

• 유기물자원화
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• 제16권4호
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• pp.43-49
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• 2008

본 연구의 목적은 석유화학에너지를 대체하기 위해 바이오가스 생산을 위한 돈분 및 음식물쓰레기 혼용 혐기소화 시 황화수소가스 농도 및 발생비율을 모니터링 한 것이었다. 바이오가스 생산을 위한 혼합혐기 소화는 휘발성 고형물 2%기준 다양한 돈분 및 음식물쓰레기 혼합비율하에서 시럼병을 이용하여 수행하였다. 황화수소가스 발생비율은 처리별 소화기간에 따라 다양하다 할지라도, 수급원료를 돈분만을 이용한 경우는 음식물 쓰레기와 비교할 때 황화수소 발생량은 2.4배 낮게 나타난 것으로 관측되었다. 돈분과 음식물쓰레기 혼합비율에 따른 황화수소가스 농도에 미치는 영향에 대해서는 음식물쓰레기 혼합비율이 높으면 높을수록 황화수소 농도가 높게 나타났다. 황화수소가스 평균 농도는 돈분처리, 0.1452% 에서부터 음식물쓰레기 처리, 0.3420% 까지 다양 하였다. 돈분 및 음식물쓰레기 혼용 혐기발효 시 바이오가스 조성비율은 메탄가스가 53.2%, 이산화탄소 23.9%, 황화수소 0.3% 및 수분을 포함한 기타 22.7%로 이루어져 있는 것으로 나타났다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.553-553
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• 2009

LFG는 약 4,500kcal/$m^3$의 높은 발열량을 가지는 에너지원으로 활용이 가능한 동시에 GWP가 21인 $CH_4$를 제거함으로써 탄소배출권(CERs) 확보를 통해 CDM 또는 ET 시장에서 유리한 위치를 선점할 수 있다. LFG의 활용기술에는 발전과 중질가스 및 고질가스 형태의 연료로 생산하는 방식이 있다. 하지만 기존의 기술은 LFG의 발생량이 일정규모 이상인 매립지에서 경제성을 가지기 때문에 국내에서는 14곳의 대형 매립지에서만 에너지원으로 활용하고 있다. 그 외 중소규모 매립지에서는 대기중으로 방출하거나 소각하여 처리하므로 가용한 에너지원이 버려지고 있을 뿐만 아니라 지구온난화에 영향을 미친다. 본 연구에서는 중소규모 매립지에서 발생하는 LFG를 경제성을 가지는 에너지원으로 활용하기 위하여 하이드레이트화를 이용한 $CH_4$ 분리, 정제, 수송 연구를 진행하였으며, 이러한 연구의 일환으로 pure $CH_4$를 대상으로 하이드레이트 형성 시 구동력(driving force)에 따른 induction time, growth rate, gas consumption 측정을 통하여 LFG를 이용한 가스 하이드레이트 생산을 위한 운전조건 선정을 위한 기본 자료로 사용하고자 한다.

• 청정기술
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• 제14권2호
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• pp.117-122
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• 2008

중발열량 석탄 합성가스의 연소 및 NOx 발생 특성에 대한 이론적 해석을 수행하였다. 석탄 합성가스는 CO, $H_2,\;CO_2,\;N_2$가 주성분이고, 미량의 $CH_4$ 및 $NH_3$를 함유하는 것으로 가정하였다. 열화학적 해석을 통해 합성가스 연소 시의 화염 온도, 배기가스의 주요 및 부차적 화학종들의 조성, 열 및 연료 NOx 발생량을 계산하였다. 또한 합성가스 중의 $CH_4$ 및 $NH_3$ 성분이 연소 및 NOx 발생에 미치는 영향을 검토하였다. 본 석탄 합성가스들의 계산결과들을 토대로 가스터빈 연소기의 NOx 저감 설계에 필요한 기본 방향과 기준을 제시하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권11호
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• pp.997-1006
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• 2009

본 연구에서는 음폐수를 대상으로 5 톤/일 처리규모의 막결합형 2상 혐기성 소화(TPADUF) 플랜트를 운영하며 유기물 제거효율 및 메탄 발생량을 파악하고, 소화가스를 이용한 발전 가능성 및 분리막 적정 운영방안을 검토하였다. 고온 산발효조, 중온 메탄조 및 UF 막으로 구성된 처리 시스템에서 평균 TCOD가 150 g/L인 음폐수를 유기물 부하 11.1 g COD/L/d까지 증가시키며 처리한 결과 최종 유출수의 TCOD는 6 g/L 이하이었으며, TCOD 및 SCOD 제거효율은 모두 95% 이상이었다. 소화 가스의 메탄 구성비는 65%이었으며, 회수된 메탄량은 시스템에서 일부 가스가 누출되었음에도 39 $m^3/m^3$ 음폐수 주입량, 260 $m^3$/톤 COD유입량, 또는 270 $m^3$/톤 COD제거량 이었다. 소모된 가스량 당 발전량은 0.96 kWh/$m^3$ 가스, 또는 1.49 kWh/$m^3$ 메탄으로 다소 낮았으나 이는 소용량 발전기(15 kW급)의 저효율에 기인한 것이다. 분리막은 평균 flux 10 L/$m^2$/hr에서 운전하였으며, 운전 중 flux가 감소하였을 때는 물 또는 화학적(NaOCl)세정을 실시하여 회복시킬 수 있었다. TPADUF 플랜트에서는 메탄조 내액 또는 분리막 농축액을 산발효조로 반송함으로써 산발효조의 pH를 별도의 약품 주입 없이 적정 수준을 유지할 수 있었으며, 산발효조에서 부분적인 메탄생성을 통해 메탄조의 유기물 부하를 낮추는 효과도 있었다.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권4호
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• pp.515-523
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• 2012

본 연구는 메탄생성에 직접적으로 관여하는 혼합 메탄균과 셀롤로스 등의 고분자 물질의 가수분해 반응에 활성이 뛰어난 반추위 내 혐기성 섬유소분해균 중에서 대표적인 Fibrobacter succinogenes, Ruminococcus flavefaciens 및 Ruminococcus albus를 biochemical methane potential (BMP) 시험에 첨가하였을 때 메탄 발생에 미치는 영향을 조사하고자 수행되었다. BMP시험은 멸균증류수를 첨가한 control과 각각의 미생물 배양액을 첨가한 혼합 메탄균 첨가구 (M), F. succinogenes 첨가구 (FS) R. flavefaciens 첨가구 (RF), R. albus 첨가구 (RA) 및 RA+FS 혼합첨가구와 M+RA+FS 혼합 첨가구로 총 7개 처리구로 각 처리구별 3반복으로 진행되었다. 미생물 배양액의 첨가량은 식종액과 기초혐기배지 (anaerobic basic medium) 혼합액 50 mL에 1% (0.5 mL), 3% (1.5 mL) 및 5% (2.5 mL) 씩 첨가 하였고 배양을 위한 기질로는 cellulose ($2.0g\;VS\;L^{-1}$)이 이용되었다. BMP 시험을 위해 40일간 배양이 지속되었고 중온소화를 위해 $38^{\circ}C$의 배양기에서 수행되었다. 실험의 결과 총 바이오가스 및 메탄 발생량은 5% FS에서 다른 처리구와 비교하여 각각 10.4~22.7% 및 17.4~27.5% 높았다 (p<0.05). 총고형물 (TS) 분해율도 가스발생 결과와 유사하였는데, 전반적으로 FS가 높게 나타났으며, 5% FS에서 64.2%로 가장 높았다. 휘발성 고형물 (VS) 분해율은 5% FS와 5% RF가 각각 68.4 및 71.0%로 가장 높았다. BMP 종료시 배양액내 pH는 모든 처리구가 6.4이상으로 메탄발효에 큰 영향을 주지 않았음을 알 수 있었다. 결론적으로 본 실험의 결과 혐기소화에 대한 회분식 배양에서는 메탄생성단계보다는 가수분해단계에서 특히, F. succinogenes 배양액의 첨가량이 증가할수록 메탄의 생성량을 증가시킴을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.856-856
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• 2009

석유 및 천연가스를 대체하는 자원으로 석탄이 유망하다고 전망하고 있다. 미국에서는 6대 파괴력이 있는 기술로 청정석탄기술이 선정되었고, 한국에서도 15대 그린에너지 중 하나인 청정연료에 석탄전환기술이 포함되어 전략로드맵이 작성되고 있다. 국내에서 추진되고 있는 석탄기술은 석탄가스화를 기반으로 하고 있다. 석탄가스화는 고체연료인 석탄을 $1000^{\circ}C$ 이상의 고온에서 산소와 반응시켜 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성가스로 전환하는 기술이다. 석탄을 가스화하면 석탄에 포함된 불순물을 쉽고 완벽하게 제거할 수 있으며 특히 CO2 제거를 값싸게 할 수 있어 청정화가 가능하다. 최근 고유가를 겪으면서 열량이 높은 고급탄의 확보가 어려워지면서 가격이 낮고 수급이 용이한 저급탄을 활용하는 기술의 수요가 발생되어 국내에서 기업을 중심으로 저급탄을 고효율로 가스화하는 기술 개발이 시도되고 있다. 정제된 석탄가스는 성분을 조절하여 촉매에 의해 메탄으로 전환시킬 수 있고, 이렇게 제조된 가스를 합성천연가스(SNG)라 한다. 값싼 저급탄을 사용하면 SNG를 천연가스보다 저렴하게 생산할 수 있다. 국내 기업이 SNG 제조 실증시설을 도입하고, 동시에 핵심기술인 SNG 합성반응공정을 개발하는 사업을 추진하고 있다. 석탄가스를 촉매반응에 의해 디젤 및 �F싸로 전환하는 석탄간접액화기술은 현재 남아공 Sasol사에서 상업적으로 운전되고 있는 기술이나 국내로의 기술이전이 거의 불가능하다. 철을 기반으로 하는 고유 촉매와 scale-up이 가능한 반응기가 핵심인 기술로 국내에서 세미-파일럿급 액화공정 기술개발이 진행중이다. 전세계적으로 석탄액화공장의 수요가 현재의 15만배럴/일에서 2030년 240만배럴/일로 증가한다고 예측된다. 따라서 200조원 이상의 플랜트 시장이 기대되며 국산 가스화, SNG 및 액화기술로 상당부분의 시장을 장악하고자 한다.

• 한국가스학회지
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• 제20권5호
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• pp.89-95
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• 2016

가스 배관을 공동구 내에 수용하는 것은 단순 매설하는 것보다 부식의 위험이 적고, 외부인의 출입이나 굴착공사 등으로부터 오는 물리적 손상을 예방할 수 있다는 점에서 편의성이 크다. 그러나 밀폐된 공간이라는 특성상 개방된 공간에서의 폭발보다 폭발 과압에 의한 피해가 크다. 그럼에도 공동구에 대한 연구는 화재 사고에 국한되어 진행되었고, 폭발로 인한 위험성에 관한 연구가 부족한 실정이다. 본 연구는 지하 공동구 내부의 가스배관으로부터 누출된 메탄가스가 원인모를 점화원에 의해 폭발을 일으켰을 경우를 가정하여 피해결과 관점에서 공동구 내부의 폭발이 상부 시설물에 미치는 영향을 살펴보았다. 안전설비의 작동상태에 따른 2가지의 시나리오를 선정하여 CFD tool인 FLACS를 사용하여 영향성 평가를 진행한 결과 대부분의 건축물을 전파 시킬 수 있을 정도의 폭발 과압이 예측되었다. 이 결과를 활용하여서 사고 발생 빈도를 감소시켜 안전성을 확보할 수 있는 추가 대책을 제시하였다.

• 한국가스학회지
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• 제15권2호
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• pp.21-26
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• 2011

대형경유차는 수량이 적음에도 불구하고 높은 운행 빈도로 인해 대기오염물질의 높은 비율을 차지하고 있다. 이에 대한 해결책으로 저공해 자동차인CNG(CompressedNatural Gas)버스가 대두되고 있다. CNG차량의 배출가스는 경유에 비해 PM이나 NOx가 크게 감소되는 경향을 보인다. 본 연구에서는 친환경 연료인 CNG에 수소를 혼합한 연료를 이용한 차량에서의 배기가스 후처리 기술에 대해 소개한다. CNG에 수소를 혼합함으로써, 엔진의 연소 효율은 올리고 배기가스를 감소시킬 수 있으나, CNG의 주성분인 메탄 역시 온실가스로서 이에 대한 저감도 필요한 실정이다. CNG엔진에서 배출되는 메탄에 대해 CNG산화촉매를 도입하여 저감 방향을 설정하였으며, 발생하는 NOx에 대해서는 urea-SCR 및HC(HydroCarbon)-SCR을 도입하였다.