• 청정기술
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• 제28권2호
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• pp.174-181
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• 2022

바이오매스는 현재 석유, 천연가스, 석탄 등 화석 연료에서 얻을 수 있는 액체 연료와 유기 화합물을 생산할 수 있는 지속 가능한 대체 자원이다. 화석 연료를 사용하면 온실가스를 배출하기 때문에 바이오매스와 같은 탄소중립적 원료를 사용하는 것은 기후 변화 대응에 기여할 수 있다. 바이오매스 원료로부터 석유 대체 화학 제품과 연료를 생산하기 위한 생물학적 및 화학적 공정이 제안되었지만, 바이오매스에 포함된 높은 산소 함량때문에 화석 연료를 완전히 대체하기 어렵다. 석유와 유사한 연료와 화학 물질을 생산하려면 바이오매스 파생물에 존재하는 산소 원자를 제거하거나 산소 기능기를 전환해야 하며, 이는 촉매 화학적 수첨탈산소화에 의해 달성될 수 있다. 바이오매스 열분해 오일, 리그노셀룰로오스 유래 화학물질, 지질과 같은 원료를 탈산소 연료 및 화학물질로 전환하기 위해 수첨탈산소화가 진행되었다. 높은 표면적의 금속 산화물 또는 탄소에 지지된 귀금속 및 전이 금속으로 구성된 다기능성 촉매는 효율적인 수첨탈산소 촉매로 사용되었다. 본 총설에서는 문헌에서 제안된 촉매를 확인하고 이러한 촉매를 이용한 수첨탈산소 반응 시스템이 논의하였다. 문헌에 보고된 수첨탈산소화 방법을 기반으로, 실현 가능한 수첨탈산소화 공정 개발 방향이 제시하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.129.1-129.1
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• 2010

석탄가스화로부터 얻어진 합성가스는 CO, $H_2$가 주성분으로, 그 자체를 연료로 사용하여 발전을 하거나 또는 적절한 정제, 분리 및 합성을 통해 다양한 원료물질을 생산할 수 있다. 이러한 석탄의 청정 사용 기술은 최근의 에너지 분야에서 많은 관심을 불러일으키고 있는 고유가 현상 및 석유자원 고갈에 대비할 수 있는 현실적인 방법의 하나로 여겨지고 있다. 석유를 대체할 에너지원으로서 석탄을 이용하는 다양한 응용 방법 중의 하나로 가스화 반응을 통해 발생하는 합성가스를 이용한 SNG 제조 공정을 들 수 있는데, 이는 석탄 등의 고체 시료를 이용하여 메탄이 주성분인 연료가스를 생산하는 것이다. SNG(Synthesis Natural Gas 또는Substitute Natural Gas)는 합성천연가스 또는 대체천연가스로 불리어지는데 주로 석탄의 가스화를 통해 얻어진 합성가스(syngas 또는 synthesis gas)인 CO, $H_2$를 촉매에 의한 합성반응을 통해 얻을 수 있다. SNG 합성 반응(메탄화 반응)은 보통 수성가스 전환 공정과 가스 정제 공정을 거친 합성가스를 $CH_4$로 전환하는 것으로 석탄을 이용한 SNG 제조 공정에서 가장 핵심 공정인 메탄화 반응은 높은 발열반응으로 주로 니켈 촉매를 사용하며 $250{\sim}400^{\circ}C$에서 반응이 이루어진다. SNG 합성 반응은 공급되는 합성가스의 조성($H_2$/CO 비), 공급되는 합성가스의 유량과 반응기에 충진된 촉매의 부피와의 관계를 나타낸 공간속도, 반응온도 등의 조건에 따라 반응 특성이 달라질 수 있다. 가스화 반응을 통해 생성되는 합성가스를 이용한 SNG 합성반응(메탄화 반응)의 특성을 파악하기 위하여 Lab-scale 규모의 고정층 반응기를 이용하여 Ni 함량이 다른 2종류의 촉매를 대상으로 반응온도 및 압력에 따른 CO 전환율, $CH_4$ 선택도, $CH_4$ 생산성 변화를 파악하였다. 실험 결과 반응기의 온도가 350도 이상의 조건에서 CO 전환율은 99.8%이상, $CH_4$ 선택도는 90.7%이상으로 나타났으며, 공간속도가 2,000 1/h 이상의 조건에서는 $CH_4$ 생산성이 500 ml/g-cat, h을 만족하였다.

• 한국항만경제학회지
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• 제39권4호
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• pp.107-125
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• 2023

기후변화에 따라 지속가능전환을 위한 범세계적인 노력이 촉구되고 있는 가운데 서울선언, IMO의 탈탄소 지침으로 해양산업의 탈탄소 전환도 가속화되고 있다. 지속가능전환은 기술개발, 고가의 대체연료 및 친환경연료 사용, 인프라 확충 필요성 등으로 인해 주로 '비용'으로 여겨졌다. 해운산업의 경쟁우위 확보는 최근까지 선복량에 중점을 두어 더 큰 재원적 우위를 지닌 글로벌 선사들에게 유리했다. 다가오는 지속가능전환은 친환경 연료비 부담 등 해양기업들의 비용적 부담으로 기존 재원적 우위를 지녔던 기업들의 경쟁우위 확보 구도가 공고해지며 레드퀸 효과(Red Queen Effect)의 발현이 예상된다. 이에 따라 본 연구는 신(新)해양생태계 발현과 가치창출-획득에 대한 다원화를 통해 다가오는 지속가능전환을 맞아 국내 해양기업들의 경쟁우위 확보 방안에 대해 탐구했다. 이를 위해 신(新)해양생태계와 모델 구상을 위해 인지관점의 유추적 추론기법(analogical reasoning)에 근거해 해운산업과 인접한 산업분야의 유사사례들을 참고하고, 모델링 기법을 적용해 지속가능전환시대의 경쟁우위 확보에 기여할 수 있는 해양 탄소금융 모델을 우선 제시했다. 이와 함께 제시한 해양 탄소금융 모델의 활성화를 위해 탄소금융과 디지털금융을 연계한 CCM-VCM-디지털 자산거래소 연계생태계 조성방안을 기술했다. 특히 한국거래소의 탄소배출권거래소와 블록체인규제자유특구가 위치한 부산국제금융중심지에서 해당 모델들의 구현을 통해 지속가능해양금융중심지로서의 발전을 기대해 본다. 이와 같은 구상은 기존 선복량과 재원중심의 경쟁구도에서 열세에 있던 국내 해양산업에 있어 혁신생태계 발현과 선점을 통해 경쟁우위 확보에 기여할 수 있으며, 해양 지속가능금융 플랫폼 생태계 조성을 위한 선제적 연구로서 의의가 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.207-207
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• 2009

Aspen plus는 Aspentech사에서 개발한 공정모사용 프로그램으로서 다양한 화학종의 열역학적 자료를 기반으로 공정설계, 공정최적화, 공정모니터링 등 공정개발에 활용되고 있다. 연료개질기는 수증기 개질반응, 수성가스전이반응, 선택적화학반응으로 구성된 소규모 수소생산공정에 해당된다. 따라서 Aspen 전산모사를 통해 다양한 조건에서의 운전결과를 모사하여 개질기에 미치는 영향을 분석함으로써 운전조건을 최적화 할 수 있다. 연료개질기의 성능에 영향을 미치는 주요인자는 주로 수증기개질 촉매층 출구온도 및 수증기/탄소 비이다. 수증기개질 촉매층의 출구온도를 $660{\sim}740^{\circ}C$로 변화시키면서 개질가스의 조성, 카본 전환율, 개질효율 등을 비교 분석하였다. 또한 수증기/탄소 비를 3~5의 범위에서 변화시키면서 영향을 살펴보았다. 수증기개질 촉매층의 온도가 높을수록 수소생산량이 증가에 따른 효율 증가가 나타났으며 수증기/탄소 비가 증가할 경우에도 개질효율에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. 하지만 실제 개질기의 운전에서는 소재의 제약에 따라 운전 온도에 제약이 있으며 수증기/탄소비의 증가 역시 개질기의 부피 증가로 이어지는 단점이 있다는 것을 고려해야 한다. 따라서 반응기 재질, 크기, 운전온도와 개질효율과의 상관관계를 파악하여 개질기의 특성을 최적화 하여야 한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.470-476
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• 2021

In the near future, with the urgent requirement of environmental protection, hydrogen based energy system is essential. However, at the present time, most of the hydrogen is produced by reforming, which still produces carbon dioxide. This study proposes a high-power electrolytic hydrogen production system based on solid oxide electrolysis cell with no harmful emissions to the environment. Besides that, the parametric study and optimization are also carried to examine the effect of individual parameter and their combination on system efficiency. The result shows that the increase in steam conversion rate and hydrogen molar fraction in incoming stream reduces system efficiency because of the fuel heater power increase. Besides, the higher Faraday efficiency does not always result a higher system efficiency.

• 한국가스학회지
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• 제4권1호
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• pp.40-48
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• 2000

연료전지는 일정하게 유지되는 전극-전해질계의 공정에 의해 연료와 산화제의 화학에너지를 전기에너지로 끊임없이 전환시킬 수 있는 전기화학장치이다. 인산형 연료전지는 전해질로 진한 인산염을 사용한다. 연료전지 시스템에서 가장 중요한 부분인 스택은 연료의 산화가 일어나는 anode, 산화물의 환원이 일어나는 cathode, 그리고 anode와 cathode를 분리시키고 이온을 전도시키는 전해질로 이루어져 있다. 연료전지의 성능은 시스템의 환경에 따른 작동 및 디자인 변수들에 의해 좌우된다. 따라서 연료전지의 핵심부분이라 할 수 있는 스택의 성능향상을 위하여 전산유체역학 코드를 이용한 스택에 대한 3차원적 모델링 및 전기화학반응이 포함된 모사를 수행하였다. 이로부터 산화제의 유량변화에 따른 스택 내부에서의 연료, 산화제 및 생성물의 농도, 그리고 반응에 의해 생성된 열의 전달에 의한 스택의 온도 분포 및 변화를 전산유체 코드인 FLUENT를 이용하여 계산하였다.

• 에너지공학
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• 제19권2호
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• pp.62-72
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• 2010

고체산화물연료전지(SOFCs)는 연료가스를 전기화학반응을 통하여 전기에너지로 직접 전환한다. SOFCs의 이점은 수소인프라가 구축되기 이전이라도 연료의 다양성으로 연료전지를 효과적으로 구동할 수 있다. 한편 낮춰진 운전온도의 IT-SOFCs는 일부 재료의 개발은 다소 여유가 있으나 SOFCs의 완성을 위한 긴 수명과 내구성의 달성을 위한 도전은 계속되고 있다. SOFCs에 유용하게 사용하는 연료는 탄화수소인 천연가스이다. 애노드 재료로 가장 보편적으로 사용하는 재료는 Ni/YSZ서멧이다. 그러나 이는 몇 가지 단점을 가져 연료조건하에서 혼합전도도를 나타내는 새로운 애노드 재료의 개발이 필요하다. 이 논문은 SOFCs 애노드 재료개발에 대한 최근 동향을 기술한다.

• 기계저널
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• 제20권1호
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• pp.8-13
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• 1980

Enegy 위기의 근본이유는 현재 이용되고 있는 Energy의 근원이 재생 불가능한 연료이기 때문 이다. 그래서 Energy 자원이 고갈됨에 따라 생산가는 점점 높아지고 이러한 자원에 계속 의존 하게 되면 가격은 끝없이 상승되게 된다. 이러한 과정은 강력한 Inflation 을 유발시키고 생활비의 부담을 낳게되며(특히 하류층에) 자본의 유용성을 감소시키게 된다. 이러한 압력하에서는 어떠한 경제구조도 견디어 낼 수 없음이 분명 하므로 이 Energy 위기는 가까운 시일안에 해결되어야 한다. 이 해결책은 단지 Oil, 천연Gas, 석탄, Uranium등의 재생불가능 연료를 가격적으로 안정 될 수 있는 재생가능성의 연료로 대체하는 것 뿐이다. 이 방법의 사용이 지연되어 상황이 나빠지지 않도록 하는 정책이 필요하며 이 정책의 실재적으로 중요한 문제점은 어떠한 정책과도 마찬가 지로 그 정책이 불능한가와 가능하다면 어떻게 해야 하는가 즉 방법이란 것으로 귀결된다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2012년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.590-591
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• 2012

본 논문에서는 150W급 휴대용 연료전지 Power pack의 사양을 고려한 최적 설계과정을 제시하고, 제작된 시작품을 이용하여 제안된 모드전환 제어 알고리즘을 검증한다. 연료전지, 배터리 및 부하의 상태를 가정하여, 다양한 시나리오에 따른 운전모드 변경 시, 출력전압 제어 성능을 확인한다. 또한, 전부하 영역에서 시스템 효율을 측정하여 효율 성능을 확인한다.