• Journal of Energy Engineering
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• v.25 no.4
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• pp.85-92
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• 2016

Since the power density of the VHTR(Very High Temperature Reactor) is lower, there is less possibility of core melt. VHTR has no risk of explosion caused by hydrogen generation when the loss of coolant accident occurs, which is another advantage. Along with safety benefit, it can be used as a process heat supplier near demand facilities because coolant temperature is very high enough to be used for industrial purpose. In this paper, we designed the primary system using VHTR and the secondary system providing electricity and process heat. Based on that 350 MW thermal reactor proposed by NGNP(Next Generation Nuclear Part), we developed conceptual model that the IHX(Intermediate Heat Exchanger) loop transports 300 MW thermal energy to the secondary system. In addition, we analyzed thermodynamic behavior and performed the efficiency analysis and optimization study depending on major parameters.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 2022.11a
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• pp.341-343
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• 2022

온실가스 배출 문제가 세계적인 현안으로 부각되면서 수소를 에너지원으로 사용하는 수소경제가 주목받고 있다. 수소연료전지는 수소경제의 구성요소 중 하나로, 수소를 활용해 열과 전기를 생산하며 에너지 변환 효율이 높이는데 장점이 있다. 본 연구는 세계적인 온라인 커뮤니티인 레딧(Reddit)에서 수집한 수소연료전지와 관련된 소셜 데이터를 텍스트마이닝과 감성분석 기법으로 분석하였다. 분석 결과 9,211건의 댓글을 LDA(Latent Dirichlet Allocation)을 이용해 4개의 토픽 그룹으로 분류할 수 있었다. 이 중 수소연료전지와 관련이 높은 그룹을 선정해 STM(Structural Topic Model) 분석으로 10개 토픽을 추출하였고, 기후 환경, 수소 산업, 수소 차와 관련 있는 토픽 3개를 발견할 수 있었다. 이 연구 결과를 통해 수소연료전지의 세계적으로 실제적인 내용을 빠르고 효과적으로 파악하여 수소연료전지에 대한 예측하고, 우리나라의 수소연료전지 관련 국가R&D의 정책적 방향을 제시하고자 한다.

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.11 no.3
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• pp.87-95
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• 2003

Although extensive studies were conduced on hydrogen fermentation of organic wastewaters, little is known about biohydrogen production from organic solid wastes. The leaching-bed reactor treating food waste by heat-shocked anaerobic sludge was, therefore, operated at D of 2.1, 3.6, 4.5 and $5.5d^{-1}$ to find optimal D for hydrogen production. Successful operation of a reactor can be accomplished when it is operated at proper dilution rate (D). Operation at high D leads to the washout of biomass in the reactor while operation at low D leads to product inhibition due to the accumulation of excess VFA. These appear to limit the production of hydrogen to reach a higher level. All the reactors showed that, on day 1-3, hydrogen production was dominant and VFA concentration was higher than ethanol. Butyrate and acetate were major components of VFAs over the whole operation, though lactate was very high on day 1-2. Compared with other D values, D of $4.5d^{-1}$, resulted in higher butyrate/acetae (B/A) ratios during the fermentation. The trend of B/A ratios was similar to the hydrogen production, suggesting that butyrate formation favored hydrogen production. Ethanol increased significantly from day 4 when hydrogen Production stopped. It indicated that heat-shocked sludge was able to induce a metabolic flow from hydrogen-and acid-producing pathway to solvent-producing pathway. Operation at D of $4.5d^{-1}$ led to higher fermentation efficiency (58%) than those (51.5, 55.3 and 53.7%) at 2.1, 3.6 and $5.5d^{-1}$. The COD removed was convened to hydrogen (10.1%), VFA (30.9%), and ethanol (17.0%).

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.52 no.6
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• pp.720-726
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• 2014

PEM fuel cell vehicles have been getting much attraction due to a sort of highly clean and effective transportation. The onboard fuel processor, however, is inevitably required to supply the hydrogen by conversion from some fuels since there are not enough available hydrogen stations nearby. A lot of studies have been focused on analyses of ATR reactor under the assumption of thermo-neutral condition and those of the optimized process for the minimization of energy consumption using thermal efficiency as an objective function, which doesn't guarantee the maximum hydrogen production. In this study, the analysis of optimization for 100 kW PEMFC onboard fuel processor was conducted targeting various fuels such as gasoline, LPG, diesel using newly defined hydrogen efficiency and keeping simply synthesized heat exchanger network regardless of external utilities leading to compactness and integration. Optimal result of gasoline case shows 9.43% reduction compared to previous study, which shows the newly defined objective function leads to better performance than thermal efficiency in terms of hydrogen production. The sensitivity analysis was also done for hydrogen efficiency, heat recovery of each heat exchanger, and the cost of each fuel. Finally, LPG was estimated as the most economical fuel in Korean market.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.676-676
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• 2013

무기물 양자점을 광감응 염료로 사용하는 경우 양자점의 사이즈 조절만으로 밴드갭을 조절할 수 있어 광학적 특성 조절이 용이하며, 유기 염료보다 광흡수 능력이 뛰어난 장점을 가진다. 특히 카드뮴 계열의 CdS, CdSe 양자점을 순차적으로 증착하여 사용하는 경우 가시광 전 영역을 효율적으로 흡수, 이용할 수 있어 광전기화학 셀의 광전극으로 사용 시 높은 성능을 기대할 수 있다. 하지만, 카드뮴 계열 양자점의 경우 광전기화학 셀로의 구동에 있어 안정성이 낮은 문제점이 있으며, 이는 양자점에 남아있는 정공이 관여하는 양자점 부식 반응으로 인한 것이다. 본 연구에서는 보다 안정적이면서도 고효율의 광전기화학적 수소생산 시스템을 위해, CdSe/CdS 양자점 감응형 ZnO 나노선 광전극에 IrO2 촉매물질을 증착하였다. CdSe/CdS 양자점이 가시광 전 영역을 흡수하며, ZnO 나노선 구조를 통해 생성된 광전자를 효율적으로 포집하여 높은 광전류 특성을 기대할 수 있다. 나아가 산소생산용 조촉매로 많이 사용하는 $IrO_2$ 촉매 물질의 추가증착을 통해 양자점에서 생긴 정공을 빼 줌으로서 정공이 관여하는 양자점 부식 반응을 방지할 수 있다. 실험결과 촉매물질의 증착 이후 광전류 생성 특성 및 수소생산량이 증가하였으며, 안정성 또한 상당히 향상된 것을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.186-186
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• 2016

수소는 연료전지 등의 에너지원으로 사용될 경우 NOx, SOx, $CO_2$ 등의 한경오염물질, 온실가스를 발생시키지 않기 때문에 친환경 에너지원으로 각광을 받고 있다. 수전해는 수소를 생산하는 가장 간단하고 효율적인 방법 중의 하나로서, 잉여전력 또는 신재생에너지에 의한 전기에너지를 통해 환경오염물질 발생 없이 고순도의 수소를 얻을 수 있으며 분산/대량 생산이 용이하다. 수전해에서 환원전극에서는 수소발생반응이 일어나고, 산화전극에서는 산소발생반응이 일어난다. 이때 주로 산소발생전극 촉매로는 과전압이 작게 걸리고 활성이 우수한 귀금속 계열의 $IrO_2$와 $RuO_2$ 등의 촉매가 현재 사용되고 있다. 본 연구에서는 고분자 용액을 만들어 전기방사를 이용하여 공정변수에 따른 직경과 morphology를 확인하였고, 고가의 귀금속 산화물 대신 저렴한 전이금속산화물인 Cu와 Co를 이용하여 1D 나노섬유를 산소발생 촉매로 합성하였다. 합성된 나노섬유의 구조적, 물리화학적 특성을 분석하고 산소발생반응(OER)에 대한 전기화학적 활성 및 내구성을 평가하였다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.34 no.4
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• pp.404-411
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• 2023

For the direct reforming of biogas, a three-phase gliding arc plasma reformer was designed to expand the plasma discharge region, and the operation conditions of the plasma reformer, such as the S/C ratio, the gas flow rate, and the plasma input power, were optimized. The H₂ production efficiency is increased at a lower specific plasma input energy density, but byproducts such as C_XH_Y and carbon soot are generated along with the increase in H₂ production efficiency. The formation of byproducts is decreased at higher specific plasma input energy densities and S/C ratios. The optimized operation conditions are 5.5 ~ 6.0 kJ/L for the specific plasma input energy density and 3 for the S/C ratio, considering the conversion efficiency, H₂ production, and byproduct formation. It is expected that the H₂ production efficiency will improve with the decrease in fuel consumption in biogas burners because the heat generated from plasma discharge heats up the feed gas to over 500 ℃.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 2010.04a
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• pp.188-188
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• 2010

수소 에너지는 화석연료의 한정된 매장량과 연소시 발생되는 환경문제를 해결하기 위해 가장 이상적인 대체에너지로서 주목을 받고 있다. 그러나 현재까지의 기술로는 경제성 있는 수소 제조가 쉽지 않다. 그 방법 중 바이오매스 및 유기성폐기물의 가스화를 통한 수소제조분야는 자원의 재순환, 페기물 처리, 열원의 이용, 직접적인 $CO_2$ 삭감 등의 부수적인 효과가 높아 경제성 있는 수소제조법으로 평가되고 있다. 이에 본 연구에서는 수소 생산을 목적으로 하는 가스화기와 초고온개질기로 구성된 Twin-Bed 가스화 시스템을 개발하고, 이를 이용한 Wood pellet(미송)의 가스화 특성 및 생성 가스의 초고온개질 특성을 고찰하는 것을 목적으로 한다. 가스화기의 시간변화에 따른 생성 가스 수율에 대한 결과, 생성 가스 수율은 약 20분경과 후 안정화되었으며, 실험 2시간 동안의 $H_2,\;CH_4,\;CO,\;CO_2$의 평균 수율은 각각 17.77, 11.94, 42.13, 28.16 Vol.%의 결과를 보였다. 가스화기로부터 생성된 가스는 down-draft 형태의 고온개질기로 도입시켜, $1100^{\circ}C$의 초고온에서 개질반응을 수행하였다. $CH_4$의 경우 11.95 Vol.%에서 0 Vol.%로 거의 대부분 분해되었으며, $H_2$는 17.77 Vol.%에서 25.46 Vol.%로 약 65.8% 증가하는 결과를 나타냈다. 또한 수소 생성량은 평균 5 L/min kg-Biomass이었다. 냉가스 효율은 72.1%로서 나타나, 일반적으로 폐기물의 냉가스 효율인 약 50% 전후의 결과에 비하여 높은 효율을 보였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.224.2-224.2
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• 2010

연료개질기는 연료전지 시스템의 핵심 구성요소 중의 하나로 도시가스로부터 수소를 생산하는 역할을 담당한다. 연료개질기는 주로 탈황, 수증기 개질, 수성가스 전이, 선택적 산화 반응의 4단계로 구성되어 있으며 이 중 상온 탈황부분을 제외한 나머지 부분은 일체화 설계를 통해 제작된다. 탈황의 경우 도시가스에 포함된 부취제인 황화합물를 제거하여 후단에 위치한 촉매층이 황에 의해 피독되는 것을 막는 역할을 하며 주로 상온흡착식 탈황제를 사용한다. 황이 제거된 도시가스는 물과 함께 연료개질기로 도입되어 수증기 개질반응을 통하여 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 소량의 메탄과 미반응 수증기로 구성된 개질가스로 전환된다. 이후의 수성가스 전이반응에서는 일산화탄소가 물과 반응하여 수소 생산량을 늘리며 동시에 일산화탄소의 농도를 낮추게 된다. 또한 고분자 전해질 연료전지에 공급되는 개질가스는 선택적 산화반응을 통하여 일산화탄소의 농도를 10ppm이하로 유지하게 된다. 이러한 기능의 연료개질기 개발의 주요 이슈로는 컴팩트화 및 고효율화이며 이 두가지 요소를 고려하여 연료개질기를 설계하여야 한다. 연료전지 시스템의 전체부피를 줄이기 위한 노력의 일환으로 연료개질기의 컴팩트화가 요구되는데 가정용 연료전지 기술 선진국인 일본 제품의 경우 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 부피는 20L정도로 알려져 있다. 또한 연료전지 시스템의 효율은 연료개질기의 개질효율과 연료전지 스택의 발전효율의 곱으로 계산되기 때문에 연료개질기의 연료개질 효율은 전체 시스템의 효율에 직접적으로 영향을 미치게 된다. 한국에너지기술연구원에서는 수소생산량 기준 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 개발을 완료하였으며 크기 및 효율면에서 선진국 제품과 비교하여 동등 또는 우위의 수준을 달성하였다. 연료개질기 내부의 혼합 및 분배 구조를 개선하고 각 촉매층의 최적 배치를 통해 연료개질기의 부피를 최소화 하였으며 연료개질기 내부에서 고온부위와 저온부위 사이의 최적 열교환을 통해 열효율을 극대화 시켰다. 현재 개발된 $1Nm^3/h$급 개질기의 단열 후 부피는 13.5L 그리고 단독운전 시 열효율은 80%(LHV)로 측정되었다. 또한 $1Nm^3/h$급의 연료개질기의 스케일-업 설계를 통하여 수소생산량 3, $5Nm^3/h$ 규모의 연료개질기를 개발하였으며 성능평가가 진행 중이다.

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.20 no.3
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• pp.83-88
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• 2012

The algal bloom, resulting from eutrophication, has caused serious water quality problems in river and lake. Therefore, it has to be removed by any means including physicochemical or biological treatment for preserving water quality. This study was conducted to investigate the microalgae removal and energy production using combined electro-flotation and anaerobic hydrogen fermentation processes. The result showed that algae removal efficiency based on chlorophyll a removal increased with the current. At a current of 0.6A, the maximum microalgae removal efficiency of 95.9% was achieved. The treatability of anaerobic hydrogen fermentation was investigated to recover energy from microalgae removed by electro-flotation. The ultimate hydrogen yields of algae before and after ultrasonic pretreatment were 17.3 and 61.1 ml $H_2/g$ dcw(dry cell weight), respectively. The ultrasonic pretreatment of algae led to 3.4-fold higher $H_2$ production due to the increase of hydrolysis rate.