• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.19 no.5
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• pp.7-12
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• 2015

Hydrogen is usually produced by using syngas generated by the fuel reforming for natural gas so far. The further process is needed for increasing the hydrogen yield of syngas. However, the process for upgrading the hydrogen yield is accompanied by additional energy sources and economic costs. Thus related studies on the method for using as a mixture in itself have been conducted in order to utilize more efficiently syngas. The effect on the engine performance for methane/syngas mixture of 30kW spark ignition gas engine for power generation has been investigated in this study. As a result, it was found that the combustion phenomena such as the maximum in-cylinder pressure and crank angle at that time have been improved by methane/syngas mixture. Through these, fuel conversion efficiency could be enhanced by about 98% of methane/hydrogen mixture and $NO_x$ emissions could be reduced by about 12% of methane-hydrogen mixture.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.33 no.3
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• pp.247-254
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• 2022

Slush hydrogen containing liquid and solid hydrogen is expected to achieve zero boil-off by suppressing boil-off gas because heat of fusion for solid absorbe the heat ingress from atmosphere. In this paper, quantitative analysis on storage cost considering specific energy consumption between 1,000 m³ class liquid hydrogen storage system with re-liquefaction and slush hydrogen storage system during equivalent zero boil off period. Even though approximately 50% of total storage capacity should be converted into solid phase during the initial cargo bunkering, total energy consumption to convert into slush hydrogen is relatively 25% less than re-liquefaction energy for boil off hydrogen during zero boil off period. That's because energy consumption of slush phase change take up only 1.8% of liquefaction energy. moreover, annual revenue requirement including CAPEX, OPEX and electric cost for slush hydrogen storage could be more reduced approximately 32.5% than those of liquid hydrogen storage and specific energy storage cost ($/kg-H₂) could also be lowered by about 41.7% compared with liquid hydrogen storage.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.268-272
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• 2005

현재 국내 수소 관련 연구는 생산, 운반, 저장 등 공급과정의 기술과 발전, 수송 등 이용기술을 중심으로 이루어지고 있다. 본 연구에서는 현재 개발 중인 MCFC 발전설비에 대한 기술 및 비용 특성을 이용하여 LEAP모형시스템 기반의 ROK2003-H2 모형을 구축하고 정부의 '제2차 신재생에너지 기술개발 및 이용보급 기본계획$(2003\~2012)$'의 계획에 따른 수소에너지(연료전지) 보급의 에너지/환경부문 파급효과를 분석한다. 분석 대상이 되는 기술은 Molten Carbonate 연료전지를 이용한 2MW급 발전기술로, 2008년 70MW가 설치되기 시작하여 2011년까지 매년 100MW증설되어 2011년 전체 설비가 370MW에 이르는 것으로 시나리오를 구축한다. 설비의 에너지효율성은 연료전지 발전설비가 처음 도입된 2008년에는 $45\%$로 가정하고 2009년-2011년 간에 $5\%$씩 상승되어 2011년에는 $60\%$에 이를 것으로 전망한다. 분석결과에 의하면 2011년에 연료전지의 발전설비를 370MW로 확대하는 경우에 CO를 비롯한 대부분의 대기오염배출량이 감소하며, 온실가스 배출량 역시 35,433백만tC로 약 295백만tC가 감소한다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2006.05a
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• pp.283-287
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• 2006

As the interest of environment was increased recently, the environment friendly propellants are required in space community, The hydrogen peroxide is the most suitable propellant for this because it requires very low development cost and has very low environmental impact. In this paper the chemical characteristics, advantage/disadvantage as a propellant, historical applications and recent developments were discussed.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 1994.05a
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• pp.114-117
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• 1994

아연-산화은 전지는 높은 에너지 및 전력밀도를 가지고 있으나 비싼 제작비용 때문에 우주항공, 군사무기 등 특수한 분야에서 주로 이용되며, 특히 전해액이 별도의 용기에 보관되어 있다가 외부 신호에 의해 충전된 dry상태의 전지에 주입되어 활성화되는 1차 또는 비축형 아연산화은 전지는 우수한 고율방전 특성, 장시간의 저장기간 및 활성화와 동시에 부하를 인가 할 수 있는 특성 때문에 많은 무기체계에서 이용하고 있다. 이러한 아연-산화은 전지의 아연전극은 높은 다공도와 반응 면적을 가져야 하며, 특히 방전중 아연전극의 전위는 가역 수소전위 보다 더 음전위이기 때문에 수소가스가 다량 발생하게 되므로 수은과 같은 높은 과전압을 갖는 물질을 첨가하여 가스 발생량을 줄이고 부동태화(passivation)를 억제하게 된다. 그러나 국내 여건상 수은을 사용하여 전지를 제작하는 것은 환경문제 등으로 인하여 어렵기 때문에 본 연구에서는 수은을 사용하지 않고 비축형 아연-산화은 전지의 음극판을 제작하기 위하여 전착법(electro deposit)과 mesh 제작방법을 혼합하여 아연전극을 제작하였으며, 기판에 석출된 아연과 아연 mesh의 질량비율에 따른 전지의 성능을 평가하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.135.1-135.1
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• 2010

최근 고온에서 사용 가능한 PEMFC용 고분자전해질 막 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. PEMFC가 고온에서 작동하게 되면 높은 성능과 많은 장점을 갖게 된다. PEMFC를 $100^{\circ}C$ 이상에서 운전하게 될 경우 백금 전극 반응을 향상시켜 고가의 백금 촉매 양을 줄일 수 있게 되고, 수소연료 속에 미량 포함된 CO에 의한 촉매표면 피독현상에 대한 내구성을 높일 수 있어 저 순도 수소연료 사용이 가능해 진다. 또한 가습장치와 수소 연료 개질장치의 부피를 줄일 수 있게 되어 전체적인 PEMFC 시스템이 단순화 된다. 현재 연료전지용 고분자 전해질막으로 DuPont사의 과-불소계 고분자 전해질막인 Nafion$^{(R)}$이 가장 널리 사용되고 있다. Nafion$^{(R)}$은 유연한 분자구조 안에 소수성이 강한 주사슬과 친수성을 나타내는 술폰산이 결합된 곁사슬이 존재하여 술폰화 곁사슬의 클러스터 둘레에는 친수성 영역이 형성이 되기때문에 소수/친수 상 분리가 잘되어 이온 클러스터 형성이 용이하지만 제조비용이 높은 단점을 갖고 있다. 특히, 전해질 막내에서 Bronsted base 역할을 하는 물에 의해 이온전도가 이루어지기 때문에 고온에서는 수분증발로 인해 성능이 급격히 감소된다. 따라서, 본 연구에서는 고온 저가습 조건에서 운전이 가능하고 Nafion이 갖는 문제점을 해결하고자, 내열특성이 뛰어나며 높은 수소이온 전도도 학보가 용이한 Sulfonated Poly(aryl ether)sulfone(SPAES) 고분자 전해질에, 고온에서도 수화성이 유지될 수 있도록 지르코니아를 황산화한 sulfated zirconia(s-$ZrO_2$)를 함침하여 복합 고분자전해질막을 제조하여 고온 저가습 조건에서의 수소이온 전도 특성에 관한 연구를 수행하였다. 개발된 막의 물리/화학적 특성은 water content(Wup%), 이온교환 용량(IEC, meq $g^{-1}$), 수소이온전도도(s $cm^{-1}$) 열 중량 분석(TGA), X선 회절분석(XRD) 등을 통하여 분석 및 관찰하였다. 내화학 및 열적 특성분석 결과, 황산화 반응공정으로 $ZrO_2$에 술폰산기가 안정적으로 결합하고 있음이 관찰되었으며, 본 연구에서 개발된 유 무기 복합막이 $250^{\circ}C$이상 열적안정성을 확보하고 있는 것으로 판단되었다. $100^{\circ}C$ 이하의 저온 영역에서, 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES막에서 이온교환용량(IEC)이 순수 SPAES 막보다 낮음에도 불구하고, water uptake가 증가함과 동시에 수소이온 전도도가 향상된 것을 관찰하였다. 또한, 고온에서는 수소이온이 자유롭게 이동할 수 있는 water channel을 형성하는 free water는 증발 하지만 s-$ZrO_2$와 SPAES의 술폰산기 사이에 강력하게 결합하고 있는 bound Water는 $100^{\circ}C$ 이상의 고온 영역에서도 존재하여, 비록 무가습 조건에서도 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES50 전해질 막의 경우, 높은 전도도를 나타냄을 관찰할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 저가습 고온 적용을 목적으로 개발된 s-$ZrO_2$/SPAES50막은 우수한 내열 특성을 나타냄과 동시에 저가습 고온 영역($120^{\circ}C$, $50RH{\downarrow}$)에서 높은 수소이온 전도도를 유지하여, 고온 저가습 연료전지 운전에 적합할 것으로 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.61 no.2
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• pp.175-188
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• 2023

Global interest in hydrogen energy is increasing as an eco-friendly future energy that can replace fossil fuels. Accordingly, a next-generation hydrogen production technology using microorganisms, nuclear power, etc. is being developed, while a lot of time and effort are still required to overcome the cost of hydrogen production based on fossil fuels. As a way to minimize greenhouse gas emissions in the hydrocarbon-based hydrogen production process, methane direct decomposition technology has recently attracted attention. In order to improve the economic feasibility of the process, the simultaneous production of value-added carbon materials with hydrogen can be one of the most essential aspects. For that purpose, various studies on catalysis related to the quality and yield of high-value carbon materials such as carbon nanotubes (CNTs). In terms of process technology, a number of the research and development of fluidized-bed reactors capable of continuous production and improved gas-solid contact efficiency has been attempted. Recently, methane direct decomposition technology using a fluidized bed has been developed to the extent that it can produce 270 kg/day of hydrogen and 1000 kg/day of carbon. Plus, with the development of catalyst regeneration, separation and recirculation technologies, the process efficiency can be further improved. This review paper investigates the recent development of catalysts and fluidized bed reactor for methane direct pyrolysis to identify the key challenges and opportunities.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.138.1-138.1
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• 2010

정부는 그린홈 100만호 보급 사업에서 연료전지의 보급 목표를 2010년 200대 2011년 300대, 2012년 500대로 결정하였고 이에 따라 2012년까지 누적 보급대수가 1000대에 달할 전망이다. 본 연구에서는 현재 상업화 되어있는 국내업체의 1kW급 가정용 연료전지 시스템을 2009년에 도입되는 것으로 가정하여 경제성평가를 수행하였다. 분석의 편의상 2009년 서울 지역 난방면적 $100m^2$을 기준으로 전제하였고, 대표가정의 전기와 열수요는 CES 소형 열병합 사업 타당성 분석 프로그램(GS파워, 2006)을 활용하여 구했다. 비용의 경우 기존 보일러의 설비가격은 60만원이며 연료전지시스템의 설비가격은 1200만원이다. 다만 연료전지의 고가 소모품인 스택은 2007년 발간된 한국에너지 기술연구원의 신재생에너지 경제성평가 보고서를 인용하여 스택의 수명은 5년, 교체비용은 1000만 원이나 5년마다 30%의 비용 하락을 전제하였다. 또한, 연료전지시스템의 수명을 20년으로 가정하였으며 할인율은 5.5%를 가정하였다. 한편, 가정용 연료전지의 최적 운전방안을 찾기 위해서 기존 설비를 이용한 비용과 전기추종운전, 열추종운전의 시뮬레이션을 수행한 뒤 세가지 결과를 시간대별로 비교함으로써 최적의 시간대별 운전방식을 선택하는 복합추종운전의 비용을 분석하였다. 시뮬레이션결과, 기존 설비 이용 시 에너지 비용은 1,934,864원으로 분석된 반면 연료전지를 이용한 전기추종은 1,123,691원, 열추종은 1,180,425원, 복합추종은 1,121,174원으로 계산되었다. 한편 편익면에서는 복합추종운전시 813,690원의 편익이 발생하는 것으로 분석되었으며 B/C ratio의 결과는 0.405로 현재로서는 연료전지 시스템이 경제성이 없는 것으로 분석되었다. 따라서 정부는 연료전지의 보급목표와 민간 주도의 자생적인 시장형성을 촉진하기 위해서 단순 설치 보조금 이외에 연료전지시스템과 스택의 비용을 획기적으로 저감 시킬 수 있는 기술개발을 촉진하는 정책 병행이 필요해 보인다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.24 no.1
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• pp.10-17
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• 2013

Heavy oil residue upgrading process was being used in conventional refinery process. Recently, as the importance of non conventional energy development is growing up, the commercial projects of heavy oil upgrading are getting more active than before. For having competitive business model in the resource competition, non conventional energy development should be considered as an important business strategy. In developing oil sands, extra heavy oil, and shale gas, canadian oil sands and extra heavy oil have great importance in substitution of conventional oil consumption. In oil sands development, the bitumen, which is extracted from oil sands, has great value after upgrading or refining process. Similar process is being used current conventional refinery process. The bitumen is highly viscous hydrocarbon. This bitumen includes impurities which can not be treated in conventional refinery process. As this reason, specified process is needed in bitumen or extra heavy oil upgrading process. Moreover, there will be additional specified facilities in the process of production, transportation and marketing. In oil sands, there are various kinds of commercial upgrading process. Extraction, dilution, coking and cracking method were being used commercially.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.455.1-455.1
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• 2014

폴리머 애자는 기존 사기 재질 애자에 제조비용과 설치비용이 저렴하며 훌륭한 내구성과 경량화에 따른 취급의 편의성으로 최근 기존 애자를 대체하기 위한 연구와 실증이 활발하다. 그러나 폴리머 애자는 재질의 한계로 인해 유증에 따른 오염에 취약한 단점을 가져 터널내부와 전기철도차량에 사용하는 것에 있어 한계를 가진다. 폴리머 애자의 활용성을 높이기 위해 본 연구에서는 폴리머 애자의 표면을 플라즈마 처리를 하여 표면개선을 하는 연구를 진행하였다. 반응가스로는 산소, 질소, 수소, 아르곤 등의 가스를 사용하였고, 플라즈마 소스는 마이크로웨이브 플라즈마와 DC 플라즈마를 사용하였다.