• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.97-97
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• 2015

전 세계적으로 화석연료의 고갈 및 환경오염 문제를 해결하기 위해 신재생에너지에 대한 관심이 급증하고 있다. 이러한 신재생에너지에는 수소 에너지, 자연 에너지(태양열, 지열 등), 바이오 매스 에너지 등이 포함된다. 이 중 수소 에너지는 지구상에 풍부하게 존재하고 있는 물과 탄화수소로부터 얻어지며, 연소 시에도 다시 물을 형성하여 오염 물질을 배출하지 않는 차세대 무공해 에너지원으로써 주목을 받고 있다. 수소 제조를 위한 공정에는 수증기 개질 공정(steam reforming), 부분 산화(partial oxidation) 및 자열개질(autothermal reforming) 등이 있으며 실제로 생산되는 대부분의 수소는 탄소/수소비(1:4)가 높은 메탄($CH_4$) 가스를 이용한 메탄 수증기 개질 공정(steam methane reforming)을 통하여 제조된다. 이 때 수소 제조의 고효율화 및 저비용화를 위해서는 반응물에 대한 높은 선택도, 고활성도 및 높은 안정성을 갖는 촉매가 반드시 필요하며, 대표적으로 Ni, Pt, Ru 등이 보고되고 있다. 이러한 촉매들은 대부분 세라믹 pellet 형태로 제작되어 왔으나 열전도도가 낮고 물리적 충격에 취약하다는 단점이 존재한다. 따라서 우리는 이러한 단점을 극복하고, 촉매의 활성을 높이기 위하여 다공성 금속 합금 폼을 촉매 지지체로 도입하였다. 또한, 다공성 금속 합금 폼 표면에 촉매의 분산 및 안정성을 향상시키기 위해 지지체와 촉매 사이에 원자층 증착법을 이용하여 inter-layer를 도입하였다. 이들의 구조, 형태, 및 표면의 화학적 상태는 주사전자현미경, EDS (energy dispersive spectroscopy)가 탑재된 주사전자현미경, X-선 회절, 및 X-선 광전자 분광법을 이용하여 규명하였다. 더하여 정전압-전류 측정법 및 유도 결합 플라즈마 분광 분석기을 이용하여 전기 화학 반응을 유도하고, 반응 후 전해질의 성분분석을 통해 촉매와 지지체 간의 안정성을 평가하였다. 따라서 본 결과들은 한국진공학회 하계정기학술대회를 통해 좀 더 자세히 논의될 것이다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.44 no.5
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• pp.528-534
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• 2006

The purpose of this paper is to investigate the optimal operating condition for the hydrogen production by biogas reforming using the plasmatron induced thermal plasma. The component ratio of biogas($CH_4/CO_2$) produced by anaerobic digestion reactor were 1.03, 1.28, 2.12, respectively. And the reforming experiment was performed. To improve hydrogen production and methane conversion rates, parametric screening studies were conducted, in which there are the variations of biogas flow ratio(biogas/TFR: total flow rate), vapor flow ratio($H_2O/TFR$: total flow rate) and input power. When the variations of biogas flow ratio, vapor flow ratio and input power were 0.32~0.37, 0.36~0.42, and 8 kW, respectively, the methance conversion reached its optimal operating condition, or 81.3~89.6%. Under the condition mentioned above, the wet basis concentrations of the synthetic gas were H2 27.11~40.23%, CO 14.31~18.61%. The hydrogen yield and the conversion rate of energy were 40.6~61%, 30.5~54.4%, respectively, the ratio of hydrogen to carbon monoxide($H_2/CO$) was 1.89~2.16.

• Journal of the Korean Solar Energy Society
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• v.29 no.1
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• pp.44-49
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• 2009

Steam reforming of methane in the high temperature solar chemical reactor bas advantage in its heating method. Using concentrated solar energy as a heating source of the reforming reaction can reduce the $CO_2$ emission by 20% compared to hydrocarbon fuel. In this paper, the simulation result of methane-steam reforming on a high temperature solar chemical reactor(SCR) using Fluent 6.3.26 is presented. The high temperature SCR is designed for the Inha Dish-1, a Dish type solar concentrator installed in Songdo city. Basic SCR performance factors are referred to the former researches of the same laboratory. Inside the SCR porous metal is used for a receiver/reactor. The porous metal is carved like a dome shape on the incident side to increase the heat transfer. Also, ring-disc set of baffle is inserted in the porous metal region to increase the path length. Numerical and physical models are also used from the former researches. Methane and steam is mixed with the same mole fraction and injected into the SCR. The simulation is performed for a various inlet mass flow rate of the methane-steam mixture gas. The result shows that the average reactor temperature and the conversion rate change appreciably by the inlet mass flow rate of 0.0005 kg/s.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.56 no.6
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• pp.914-920
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• 2018

The intrinsic kinetic parameters of steam-methane reforming reactions over commercial nickel-based catalyst were determined. The reaction rate equations were derived from the reaction mechanism-based Langmuir-Hinshelwood chemisorption theory. As the experimental variables for the kinetic study, the reaction temperature ranged from 630 to $750^{\circ}C$ and the steam-to-carbon ratio also varied from 2.7 to 3.5. Based on the experimental data, the efficient optimization algorithm was used to determine the intrinsic kinetic parameters due to the high-dimensional objective function. It is confirmed that the parameter estimation results showed good agreement with the experimental values. Thus, this proposed mathematical reaction model can be used as the basic information to design a catalytic reactor and to optimize operating conditions.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.231-231
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• 2010

아직까지 국내에서 사용하는 대부분의 에너지는 화석연료에 의존하고 있다. 지하자원에서 나오는 석탄, 석유와 같은 화석연료는 다른 에너지원에 비해 운송이 간편하고 쉽게 이용할 수 있는 장점이 있지만, 환경오염의 문제성과 오일가상승, 자원의양 및 저장장소가 한정되어 있다는 단점을 가지고 있다. 이에 따라 수소와 같은 대체에너지를 이용하여 환경오염을 예방하고 무한히 사용할 수 있는 에너지원을 개발하기 위한 대체 방안들이 연구되고 있다. 폐기물 가스화시 발생되는 합성가스(CO, $CO_2$, $CH_4$, $H_2$) 내 일차로 생성된 일산화탄소는 수증기와 반응함으로써 이산화탄소로 전환이 가능하다. 잔류 메탄은 이산화탄소를 이용하여 개질함으로써 합성가스내 수소농도를 높일 수 있다. 전환된 잔류가스(CO, $CO_2$, $H_2$)내 일산화탄소는 산소를 이용하여 이산화탄소로 산화시킬 수 있으며, 산화된 이산화탄소는 흡착제를 이용하여 제거가 가능하다. 본 연구에서는 실제 가스화시 발생되는 합성가스를 이용하기 위하여, RPF가스화시 발생되는 합성가스를 직접 포집하여 실험을 진행하였다. 합성가스내 소량의 메탄은 니켈촉매를 이용하여 수소로 전화시켰으며, 잔류하는 일산화탄소는 백금촉매, 이산화탄소는 탄산나트륨 흡착제를 이용하여 연속적으로 제거함으로써 순수한 수소를 제공하였다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.31 no.1
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• pp.1-6
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• 2020

Hydrogen production from biogas has received consistent attention due to the great potential to solve simultaneously the issues of energy demands and environmental problems. Practically, biomethane produced by purification/upgrading of biogas can be a good alternative to the natural gas which is a main reactant for a steam methane reforming process. Judging from the economic and environmental impacts, however, the steam biogas and dry reforming are considered to be more effective routes for hydrogen production because both processes do not require the carbon dioxide elimination step. Herein, we highlight recent studies of hydrogen production via reforming processes using biogas and effective applications for earlier commercialization.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.4
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• pp.425-430
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• 2012

In this study, a preconverter of an MCFC for an emergency electric power supplier is numerically simulated to increase the hydrogen production from natural gas (methane). A commercial code is used to simulate a porous catalyst with a user subroutine to model three dominant chemical reactions-steam reforming, water-gas shift, and direct steam reforming. To achieve a fuel conversion rate of 10% in the preconverter, the required external heat flux is supplied from the outer wall of the preconverter. The calculated results show that the temperature distribution and chemical reaction are extremely nonuniform near the wall of the preconverter. These phenomena can be explained by the low heat conductivity of the porous catalyst and the endothermic reforming reaction. The calculated results indicate that the use of a compact-size preconverter makes the chemical reaction more uniform and provides many advantages for catalyst maintenance.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.10 no.5
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• pp.652-659
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• 1999

The trend of poisoning of reforming catalyst along with the position of anodic catalyst bed was studied. Keeping the conditions that steam to carbon ratio was 2.5, operating voltage was 0.75 V, current density was $140mA/cm^2$, the unit cell was operated during 24 hrs at a steady state. And then the cell was stopped, the catalysts packed in the position of inlet, middle and outlet were sampled individually and then the amount of carbon, Li and K poisoned were analysed. After 100 hrs operated, the catalysts at the same positions were analysed at the same manner. The result of this experiment was as followings. After 24 hrs operated, the poisoning amounts of Li and K in the catalyst were 0.27 wt% at inlet, 0.23 wt% at middle and the highest value 1.59 wt% at outlet. After 100 hrs, the amount of poisoning is the highest in the catalyst packed at the inlet of unit cell. The performance simulation of unit cell explained these trends of poisoning catalysts. The simulation told that the catalyst in the region of the inlet of unit cell treated the 90% of initial methane flow rate and the highest electrochemical reaction happened in this region. So the catalysts of this region were the most poisoned with carbon, Li and K and also the rate of poisoning is faster than that of the catalyst at other regions. The temperature at the region of outlet of unit cell was $30^{\circ}C$ higher than that of other regions, so more Li, and K vaporized than at other regions and little reforming reaction at this region made the catalysts poisoning rate low.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.17 no.1
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• pp.87-92
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• 2006

The steam reforming of methane over Ru-promoted $Ni/Al_2O_3$ was carried out. Compared with $Ni/Al_2O_3$, which needs pre-reduction by $H_2$, $Ru/Ni/Al_2O_3$ catalysts exhibited relatively higher activity than conventional $Ni/Al_2O_3$. According to $H_2-TPR$ of reduced or used catalysts and $CH_4-TPR$, it was revealed that the reduction of $RuO_x$ by $CH_4$ decomposition begins at a lower temperature ($220^{\circ}C$) and the reduced Ru facilitates the reduction of NiO, and leads to self-activation. To improve metal dispersion, the catalyst was soaked in 7 M aqueous $NH_4OH$ for 2 h at $45^{\circ}C$ while stirring. As a result, $Ru/Ni/Al_2O_3$ catalysts with aqueous $NH_4OH$ treatment have higher activity, larger metal surface area (by $H_2$-chemisorption), and small particle size (by XRD and XPS). It is noted that the amount of noble metal could be reduced by aqueous $NH_4OH$ treatment.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.21-24
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• 2006

수소의 소규모 분산 생산 기술은 본격 적 인 수소 인프라가 도입되기 전에 연료전지 자동차의 수소 충전용이나 분산 발전형 연료전지의 수소 공급을 위해 필요하다. 생산 용량은 수소 기준으로 $20{\sim}100 Nm^3/hr$ 정도로 현재로선 천연가스의 수증기 개 질법이 가장 경제적인 공정으로 알려져 있다. 소규모 생산에 따른 열효율 저하를 줄이 기 위해 단위 공정들이 통합된 컴팩트 개질 시스템의 개발이 필요하다. 연료전지 자동차용 수소 인프라 조기 구축을 위하여 수소충전소 구축과 국산화 천연가스 수증기 개질기 개발을 병행하여 진행하였다. 수소 충전소 구축 부분은 충전소 부지 확보, 건물 건축, 각종 유틸리 티 설치의 토목 부분과 천연가스 개질형 수소 제조 유닛 설치, 수소 압축, 저장, 디스펜싱 시스템 설치를 포함하고 있으며 고압 설비에 대한 인허가 대응 및 안전대책 작업도 진행하였다. 구축된 수소충전소는 향후 연료전지 자동차 연계 실증 프로그램에 활용할 수 있다. 국산화 핵심 기술 개발을 위하여 열 및 시스템 통합 설계에 의 해 천연가스 수증기 개질기를 제작하고 내부 열교환 구조에 따른 개질기의 성능을 평가하였다. 개발된 개질기는 개질온도 $720^{\circ}C$, 수증기 대 카본 비 2.7의 운전조건에서 $23Nm^3/h$ 이상의 수소 생산이 가능하였으며 73% 이상의 개질 효율을 나타내었다. 개발된 천연가스 수증기 개질기는 향후 수소 정제용 PSA(Pressure Swing Adsorption) 시스템과 연계하여 수소충전소 국산화 엔지니어링 설계 패키지 개발의 핵심 기 술로 사용할 계획이다.시간 정도 운전한 후 시스템을 정지하였다 메탄 전환율과 일산화 탄소 농도, 열효율을 모니터링 하고 있으며, 현재까지 초기 성능을 그대로 유지하고 있다. 앞으로 일일시동-정지 운전 시험을 지속하면서 초기 시동 특성 및 부하 변동에 따른 응답 특성 개선, 그리고 연료전지와의 연계 운전을 실시할 예정이다 한다. 단위 전지 운전 온도 $130^{\circ}C$, 상대습도 37%의 운전 조건에서도 상당히 우수한 전지 성능을 보임에 따라 고온/저가습 조건에서 상용 Nafion 112 막보다 우수한 막 특성을 나타냄을 확인하였다.소/배후방사능비는 각각 $2.18{\pm}0.03,\;2.56{\pm}0.11,\;3.08{\pm}0.18,\;3.77{\pm}0.17,\;4.70{\pm}0.45$ 그리고 $5.59{\pm}0.40$이었고, $^{67}Ga$-citrate의 경우 2시간, 24시간, 48시간에 $3.06{\pm}0.84,\;4.12{\pm}0.54\;4.55{\pm}0.74 $이었다. 결론 : Transferrin에 $^{99m}Tc$을 이용한 방사성표지가 성공적으로 이루어졌고, $^{99m}Tc$-transferrin의 표지효율은 8시간까지 95% 이상의 안정된 방사성표지효율을 보였다. $^{99m}Tc$-transferrin을 이용한 감염영상을 성공적으로 얻을 수 있었으며, $^{67}Ga$-citrate 영상과 비교하여 더 빠른 시간 안에 우수한 영상을 얻을 수 있었다. 그러므로 $^{