• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.462-465
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• 2007

석탄가스화 수소생산 기술 분야는 석탄 등의 화석연료를 이용하여 고온, 고압하에서 반응가스(산소, 수증기, 수소)와의 화학적 반응을 통해 생산된 연소성 가스 ($H_2$, CO, $CO_2$ 등)를 전환반응(WGS) 및 분리반응을 거쳐 효율적으로 청정하게 수소를 생산해 내는 기술이다. 전력산업에서 석탄가스화 수소생산은 그 사용 방법(연료전지, 수소 터빈, 분산 이용 등)에 따라 발전시스템의 고효율화를 지향하고, zero-emission을 실현하는 첨단 발전 시스템의 종합 구현을 목표로 하고 있으며, 더불어, 도래하는 수소 경제로의 전이에 대비에 석탄을 이용한 중앙(Central) 수소생산 시스템을 구현하여 이송 및 전환을 통한 지역적 분산 이용을 가능케 하는 종합적인 인프라를 구축하는 기술이다. 본 기술에는 석탄가스화 기술, 수성가스 전환기술, 수소/$CO_2$ 분리기술, 이송용 연료 전환기술 등이 포함된다. 석탄가스화 수소생산 기술은 급등하는 오일 가격과 이의 수입사용 증가에 대응하기 위한 에너지 안보 대책 마련 및 효율 극대화의 필요성과 더불어, 전력산업에서 화력 발전시스템의 궁극적 실현 목표인 고효율, 초청정의 전력생산 시스템의 구현을 가능케 하여, 향후 화석 연료를 이용한 미래 발전 기술을 선도 할 것으로 기대된다. 더불어, 수소 경제로의 전환 시 수소 수요의 급팽창에 대비한 경제적인 대규모 수소생산 기술의 개발이 필요하며, 이에 기술 실현성이 가장 높은 석탄가스화 수소생산 기술의 개발 구현이 요구된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.47-50
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• 2006

현재의 화석연료-기반 사회에서는 지구 온난화와 고유가 추세가 야기하는 경제적 피해, 에너지 안보우려, 세계 평화 위협 등에 자주 노출되고 있는 실정이다. 세계 각국은 이러한 화석연료 에너지원을 대체하는 환경-청정하고 기술-신뢰할 수 있으며 경제-감당할 수 있는 에너지 공급원인 수소를 기반으로 하는 미래의 수소-기반 사회로의 진입에 노력하고 있다. 특히, 청정한 에너지 운반체인 수소의 생산 기술 상업화가 더욱 더 절실히 요구되고 있다. 이 예비 연구에서는 이산화탄소 포획/저장 기술과 결합된 다양한 수소 생산 기술의 정량적인 예비 비교 평가가 수행되었다. 예비적인 비교 평가 기준으로 1) 이산화탄소 배출량: 2) 에너지 이용률; 3) 토지 점유율: 4) 수소 생산비용 등이 고려되었다. 이러한 기준에 따라 수소 생산 기술 가운데 네 가지 예비 기술 대안인 1) 원자력: 2) LNG; 3) 석탄: 4) 태양광 등이 비교되었다. 대안 기술의 비교 평가 체제로 계층 망형 구조-기반 되먹임 모델이 개발되었다. 이러한 수소생산 기술의 우선순위 선정 결과는 개별 대안 기술의 상대적인 장단점 및 기술적인 갭을 정량적으로 인식하는 데에 활용될 수 있다. 그러므로 이 예비 연구는 수소 생산 기술 연구자나 수소 경제 기획자한테 뿐만 아니라 이산화탄소 포획/저장 기술 개발자한테 도움이 되리라 본다.

• 한국태양광발전학회지
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• 제8권1호
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• pp.20-30
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• 2022

친환경 수소에너지로의 전환은 온실가스 감축, 미세먼지 저감 등을 통해 청정하고 안전한 사회로의 진입을 가져올 것이다. 그러나 현재 주된 수소 생산방식은 이산화탄소를 수반하는 부생수소와 추출수소 방식에 의존하는 형태가 대부분이라, 향후 그린수소 형태로의 수소생산 제조에 관한 기술 상용화 및 경쟁력 방안 확보가 절실한 상황이다. 이에 본 고에서는 광전기화학 기반의 수소생산 기술의 성능 향상과 실효성 개선을 위한 핵심 요소 기술 및 경쟁력 확보방안에 관한 부분을 논하고자 한다.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.393-400
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• 2005

수소를 생산하는 미생물은 크게 광합성 세균(photosynthetic bacteria), 혐기성세균(non-photosynthetic anaerobic bacteria), 조류(algae) 등으로 구분되고, 이들의 수소 생성 기작, 사용가능기질 및 수소 발생량은 상당한 차이가 있다. 광합성세균은 Rhodospirillaceae, Chromatiaceae 및 Chlorobiaceae로 구분되며, 이는 각각 홍색비유황세균(purple non-sulfur bacteria), 홍색유황세균(purple sulfur bacteria), 녹색유황세균(green sulfur bacteria)으로 통칭된다. 혐기성 세균은 절대 또는 통성혐기세균중 일부가 수소생산에 관여하며, 조류는 녹조류(green algae)와 남조류(blue-green algae, cyanobacteria)가 알려져 있다. 생물학적 수소생산 기술은 (1) 녹조류(green algae)가 광합성 메카니즘에 의해 수소를 생산하는 직접 물 분해 수소생산(direct bio-photolysis) (2) 광합성 작용에 의해 물을 분해하여 산소를 발생하고, 동시에 공기 중 이산화탄소를 고정하여 고분자 저장물질로 균체 내에 저장한 후 혐기 발효 또는 광합성 발효에 의해 수소를 발생하는 간접 물 분해 수소생산(indirect bio-photolysis or two stage photolysis) (3) 빛이 존재하는 혐기상태 배양 조건에서 홍색 세균에 의한 광합성 발효(photo-fermentation) 또는 (4) 광이 존재하지 않는 조건에서 혐기 미생물에 의해 수소와 유기산을 내는 혐기 발효(dark anaerobic fermentation) (5) 균체 외(in virro) 수소 발생 (6) 일산화탄소 가스 전환 반응(microbial gas shift reaction)에 의한 수소 생산 기술로 구분할 수 있다. 물로부터 생물학적 기술에 의한 수소생산은 공기 중의 이산화탄소를 고정하고, 수소와 산소를 발생하는 원천기술로써 오래 전부터 미국, 유럽에서 태양에너지를 이용하는 광합성 미생물의 분리, 개선 및 반응기에 관한 연구가 축적되어 왔으며, 유기물 즉 바이오매스로부터 혐기 및 광합성 발효를 연속적으로 적용하는 기술은 비교적 최근에 일본을 비롯한 유기성 폐기물이 많은 국가에서 수소에너지 생산과 유기성 폐기물 처리라는 두 가지 목적에 부합하는 연구로써 활발히 진행되고 있다. 유기성 폐기물이나 폐수와 같은 수분함량이 높은 바이오매스는 대부분이 매립처리 되는 실정이지만 높은 수분 함량 때문에 매립 시 발생하는 침출수는 환경오염의 주범으로 가까운 장래에는 매립도 금지될 전망이다. 이와 같은 수소에너지 생산기술과 이용시스템 개발은 화석연료 사용을 최소화 할 수 있으며, 국내에서 다량 발생하는 유기성 폐기물을 이용한 에너지 생산으로 자원 강대국 입지에 설 수 있다. 미생물에 의한 수소생산 기술은 청정에너지 생산과 아울러, 동시에 산소 발생, 공기 중 이산화탄소 고정, 식품공장 폐수 및 음식쓰레기와 같은 유기성 폐기물 처리 등 환경에 이로운 방향으로 진행될 뿐만 아니라, 미생물 자체가 갖는 생물 산업성도 높아서 비타민류, 천연색소, 피부암 치료제등의 고부가가치 의약품 생산도 활성화할 수 있다.

• 한국태양광발전학회지
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• 제7권2호
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• pp.22-28
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• 2021

최근 잇따라 발생하고 있는 이상 기후로 탄소 중립에 대한 관심이 높아지고 있다. 우리나라 정부도 신재생에너지 중심의 에너지 전환과 수소 경제 활성화에 대한 정책을 연일 발표하면서 많은 국책 과제들이 추진되고 있다. 잉여 재생에너지를 수소 가스로 변환하여 저장했다가 필요할 때 다시 전기로 사용하거나, 수소 가스 자체를 타 산업에 활용할 수 있게 해주는 핵심 기술이 수전해 기술이다. 다양한 수전해 기술 중에 PEM 수전해 기술은 재생에너지의 빠른 변동에 신속하게 대응할 수 있어 재생에너지 확산과 더불어 최근 높은 관심을 받고 있는 기술이다. 그러나 비싼 촉매와 내부식성이 필요한 핵심 부품들이 국산화 되어 있지 않아 장치의 가격이 높은 상황이다. 그에 따라 아직은 수전해를 통해 생산된 수소 단가가 다른 기술을 통해 생산된 수소들 보다 가격이 높아 상업화가 더디게 진행되고 있다. 그러나 정밀 가공, 열처리, 코팅 등의 뿌리 기술들을 이용하면 PEM 수전해기의 핵심 부품인 bipolar plate나 end plate, 분리판 등을 국산화 하여 수소 생산 단가를 낮출 수 있는 여지는 충분하다. 탄소 중립에 반드시 필요한 그린 수소가 가격 경쟁력을 확보할 수 있도록 산업간 기술 협력이 절실한 시점이다.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제3권4호
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• pp.299-305
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• 2015

미래에너지의 해법으로 원자력에너지를 이용한 물분해 수소생산시스템의 핵심기술을 개발하였다. 안전성을 보장할 수 있는 제4세대 원자로인 초고온가스로의 고열을 이용하여 황요오드 열화학적인 방법으로 물을 분해하여 수소를 생산하는 기술이다. 원자력수소생산 핵심기술은 초고온에서의 열을 공급하는 것을 모사하는 초고온 실험기술, 초고온가스로의 안전성을 모사하는 연구, 초고온가스로의 노심과 안전성을 해석할 수 있는 도구의 개발, 초고온가스로에 사용하는 연료제조기술, 물을 분해하여 열화학적인 방법으로 수소를 생산하는 기술로 구성된다. 원자력수소생산에 필요한 핵심기술을 개발하고 실험실 규모로 입증하였으며, 대규모 실용화를 위해서 선결되어할 미완성 기술을 제시하였다. 본 기술은 제4세대 원자로개발 국제공동연구로 수행한 기술로서 향후 미래의 원자로 기술이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.518-521
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• 2008

수소에너지는 다양한 원료로부터의 수소생산을 위한 반응기술 및 생산물로부터 수소 정제를 위한 분리기술의 확립과 더불어, 대형화 시스템부터 소형 시스템에 이르는 공정기술을 확보하는 것이 다가오는 청정 대체에너지 체제에 대비하기 위하여 필요하다. 이를 위해서는 생산된 수소 혼합물에서부터 수소를 분리 정제하는pressure swing adsorption (PSA) 의 개발이 필수적이다. 이 기술은 이미 다양한 분야에 성공적으로 상용화 적용되어 기술의 타당성을 제시하고 있으나, 국내의 경우 수입에 의존하고 있어 이를 설계 할 수 있는 공정모사기 (simulator)의 개발이 우선되어야 한다. 따라서 효율적으로 PSA 공정 및 scale-up기술을 확보하기 위해서는 전산모사기 개발의 선행이 필수적이다. PSA 공정의 전산모사기는 물질수지, 에너지수지, 모멘텀수지와 더불어 흡착평형과 속도식이 결합되어 개발되어야 한다. 특히 공정에 다양한 단계가 적용되기 때문에 복잡한 boundary condition이 적용되며, 연속순환공정이라 하더라도 각 단계가 discrete 하게 해석되어야 한다. 따라서 공정모사는dynamic simulator로 개발되어야 정확도를 확보할 수 있다. 본 연구에서는 제철소에서 발생하는 수소혼합물이 WGSR 반응기를 거쳐 수소의 농도를 향상 시키고, 이를 유입가스로 사용하는 $H_2$ PSA 공정 모사기를 개발하고자 한다. 수소 생산을 위한 PSA 공정 모사기 개발을 통하여 95% $H_2$ 순도와 90% 회수율 규모의 수소를 생산할 수 있는 PSA 공정의 설계 기술기반을 확보하고자 한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권6호
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• pp.688-696
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• 2011

수소는 에너지를 방출하는 과정에서 부산물로 물만 배출하기 때문에 지속가능한 청정에너지원 중의 하나이다. 현재 세계적으로 사용되는 수소는 대부분 화석연료의 개질에 의해 생산되고 있으며 1kg 수소를 생산하는 과정에서 7kg 이상의 이산화탄소를 배출하고 있다. 수소를 생산하는 과정에서 투입되는 에너지와 자원이 지속가능하고 재생 가능해야 수소를 청정에너지원이라 할 수 있다. 바이오매스는 화석연료를 대체할 수 있는 에너지원중의 하나인데, 그 이유는 바이오매스로부터 수소를 생산할 수 있으며 수소생산과정에서 발생하는 이산화탄소는 바이오매스 생산과정에서 소비되기 때문에 이론적으로 이산화탄소를 발생시키지 않는 에너지원이다. 태양에너지와 물로부터 수소를 생산하는 기술은 지구상에 널려있는 자연에너지와 물을 사용하기 때문에 인류가 직면한 에너지와 환경문제를 해결하기 위한 가장 이상적인 기술 중의 하나이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 제17회 워크샵 및 추계학술대회
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• pp.638-641
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• 2005

수소는 자원이 무한하고 청결한 에너지이다. 수소는 무공해 청정 대체연료로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 풍부한 자원으로부터 얻을 수 있다. 수소에너지는 물을 분해하여 얻거나 화석연료를 수증기개질 또는 부분산화 시킴으로써 얻을 수가 있다. 수소에너지는 1차 에너지를 변환시켜 얻을 수 있는 2차 에너지로서 환경에 대한 부하가 거의 없어 향후 화석연료를 대체할 수 있는 가장 가능성이 높은 에너지이며, 연료전지의 상용화를 앞두고 있어 중요성이 더욱 증대되고 있다. 수소를 생산하는 방법 중 가장 이상적인 방법으로는 물분해함으로써 수소를 제조하는 방법이 있다. 그러나 물분해에 의한 수소생산은 제조비용이 비싸 경제성이 떨어진다는 점과 수소의 대량생산에 필요한 기술확보가 여의치 않아 어렵다. 그러므로 수소를 저 비용으로 대량 생산할 수 있는 수소 제조 기술의 확보가 선행되어야 할 것이다. 현재 상용화되어 있는 수소제조방법은 거의 석유나 천연가스의 수증기 개질에 의한 수소 제조 방법이다. 그러나 이러한 방법은 유해 환경 물질인 CO나 $CO_2$를 배출하는 단점을 지니고 있다. 이러한 단점을 보완키 위한 수소 제조공정의 대안 중 하나는 탄화수소연료의 수소와 탄소로의 직접분해에 의한 수소생산이다. 이 중 원하는 생성물인 수소 외에 부산물이 카본이 동시에 얻을 수 있는 메탄분해에 의한 수소생산방법은 생산된 수소의 약 15%만 연소시킴으로서 필요한 에너지를 공급할 수 있으며, 동시에 지구온난화의 주범인 CO 또는 $CO_2$가 생성되지 않는 장점이 있다. 하지만 메탄을 분해하기 위해서는 매우 높은 에너지가 필요로 하게 된다. 이에 반해 프로판은 메탄보다 낮은 열원에서 분해할 수 있는 장점을 지니고 있다. 본 연구에서는 메탄보다 분해하기 쉬운 프로판을 직접 분해하여 수소를 생산하고자 하였다. 프로판 직접분해반응는 $500\sim750^{\circ}C$의 온도 범위에서 이루어 졌으며, 촉매로서는 국내에서 생산되는 상용촉매인 카본블랙을 이용하였다.

• 공업화학전망
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• 제24권1호
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• pp.14-24
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• 2021

최근 전 세계적으로 이산화탄소를 포함한 대기 오염원의 배출을 줄이고 화석연료를 대체할 수 있는 차세대 청정에너지원으로 '수소'를 주목하고 있다. 하지만 현재까지 사회에 유통되는 대부분의 수소는 화석연료 개질을 기반으로 생산되기 때문에 2차 환경오염의 위험을 가지고 있다. 이에 이산화탄소 배출이 없이 태양에너지로부터 물을 분해해 수소를 생산하는 광전기화학 수소 생산 기술이 주목받고 있다. 단 광전기화학 물분해 수소생산을 실현하기 위해서는 수소를 충분히 생산시킬 수 있는 충분한 전류밀도, 과전압을 최소화하는 높은 개시전위, 및 그 생산비용을 최소화 할 수 있는 저렴한 공정 등을 동시에 만족시킬 수 있는 광전극 소재 개발이 필요하다. 최근 광소자용 소재로 각광을 받는 유기금속 할라이드 페로브스카이트 소재가 상기의 조건들을 상당히 만족할 것으로 기대되고 있어 광전기화학 물분해 셀로 적용되는 연구들이 수행되고 있다. 본 기고문에서는 유기금속 할라이드 페로브스카이트 소재기반 광전기화학 물분해 관련 최신 연구동향과 전망을 다루고자 한다.