• 제목/요약/키워드: 이산화탄소 가스화

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지표연료의 연소에 따른 탄소배출량 분석 (Analysis of Carbon Emissions According to Combustion of Surface Fuels)

  • 박영주;이해평;김민중;김해림
    • 한국방재학회:학술대회논문집
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    • 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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    • pp.192-192
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    • 2011
  • 교토의정서에서 지구온난화의 원인이 되는 온실가스로 $CO_2$, $CH_4$, $N_2O$, HFCs, PFCs, $SF_6$를 규제하고 있다. 규제하는 6대 온실가스 가운데 $CO_2$가 가장 대표적이며, 우리나라의 연료연소에 의한 $CO_2$ 배출량은 세계 10위로 기후변화 진행속도는 세계 평균속도보다 빠르게 진행되고 있다. 이러한 기후변화에 대응하기 위하여는 온실가스 배출로 인한 DB구축 연구가 선행되어야 하며, 산림부분에 있어서는 연료의 열적특성 구명 연구가 극도로 미진한 국내현실에서 기초 data 확보를 위한 연구가 시급한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 산불발생 시 온실가스 배출량의 DB를 구축하기 위하여 산불발생 시 배출되는 탄소배출량을 예측하고자 산림 가연물의 연소실험을 수행 하였다. 연소실험은 산림 연료 가운데 지표연료 10가지(소나무낙엽, 굴참나무낙엽, 소나무솔방울, 밤나무밤송이껍질, 방아풀, 주름조개풀, 칡, 엉겅퀴, 김의털, 고비)를 대상으로 콘칼로리미터 장비를 이용하여 이산화탄소와 일산화탄소 배출량을 분석하였다. 탄소배출량 실험에 앞서 지표연료들의 함수율을 측정한 결과, 10가지 지표연료 가운데 고사한 연료(낙엽, 솔방울, 밤송이)는 9~24% 정도, 생연료인 초본류 6가지는 181~484% 정도인 것으로 나타났으며, 솔방울과 밤송이의 경우 9~10%로 가장 수분을 적게 함유하고 있음을 알 수 있었다. 탄소배출량 분석 결과, 50g 중량에 대한 10가지 지표연료들의 이산화탄소 총배출량은 28~98g 정도, 일산화탄소 총배출량은 0.76~4.08g 정도 배출하는 것으로 나타나 연료별 차이를 보였으며, 특히, 고사한 연료와 생연료의 탄소배출량 차이는 큰 것으로 나타났다. 일산화탄소 총배출량은 고사한 연료(소나무낙엽, 굴참나무 낙엽, 소나무 솔방울, 밤나무 밤송이)는 3.24~4.08g 정도, 생연료 초본류 6가지(방아풀, 주름조개풀, 칡, 엉겅퀴, 김의털, 고비)는 0.76~2.73g 정도 배출하는 것으로 나타났다. 이산화탄소 총배출량은 함수율이 현저히 낮은 4가지 연료(소나무 낙엽, 굴참나무 낙엽, 소나무 솔방울, 밤나무 밤송이 껍질)들은 52~98g 정도, 함수율이 높은 6가지 초본류는 28~48g 정도의 이산화탄소를 배출하는 것으로 나타났다. 따라서, 고사한 연료인 소나무 낙엽, 굴참나무 낙엽, 소나무 솔방울, 밤나무 밤송이는 초본류 보다 상대적으로 이산화탄소와 일산화탄소 배출량이 많은 것으로 나타났으며, 특히, 소나무 솔방울은 가장 많은 이산화탄소와 일산화탄소를 배출하는 것으로 나타났다. 상대적으로 방아풀과 주름조개풀은 각각 28g과 35g으로 이산화탄소 배출량이 작은 것으로 나타났다. 따라서, 산불발생 시, 소나무의 솔방울은 10가지 지표연료 가운데 상대적으로 많은 이산화탄소와 일산화탄소를 배출할 것으로 사료된다.

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공급원료에 따른 IGCC 플랜트 운전특성에 대한 전산해석 연구 (The Simulation Study of Operating Characteristics of IGCC Power Plant with Various Feedstock)

  • 심현민;김형택
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.433-436
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    • 2007
  • 가스화기술은 화석연료에 의한 기존의 화력발전기술을 대체할 수 있는 차세대 발전기술로 여겨지고 있어 전 세계적으로 기술개발은 물론 상용 플랜트를 앞 다투어 도입 건설 중에 있다. 현재 국내에서도 2014년까지 실증플랜트 완공에 매진을 가하고 있는 실정이다. 가스화기술은 온실가스인 이산화탄소를 동시에 감축하면서 전력뿐만 아니라 수소, DME, 화학원료와 같은 2차 고급 에너지원을 생산할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이 연구에서는 ASPEN plus를 이용하여 다양한 원료 공급에 따른 300 MW급 IGCC 플랜트에 대한 운전 특성을 알아보고자 하였다. 가스화기에 공급되는 원료는 석탄(역청탄), 중질유(납사, 벙커C유) 등으로 구분해 고려하였으며, 가스화 플랜트 해석모델에 대한 성능을 평가하기 위하여 해외에서 운전 중인 상용 IGCC 플랜트에 대한 운전자료와 상대오차로 비교 산출해 검증하였다. 그 다음으로 가스화(gasification)공정, 산가스 제거(acid gas removal)공정, 복합발전 공정(combined cycle)등과 같은 IGCC 플랜트를 구성하고 있는 각각의 단위공정에 대한 운전 특성에 대한 해석결과를 확인하였다. 해석 결과를 바탕으로 가스화기의 냉가스 효율(cold gas efficiency)과 탄소 전환율(carbon conversion), 산가스 제거공정에 대한 이산화탄소 포획 성능과 복합발전에 따른 플랜트 발전량 및 발전 효율(plant net efficiency)을 예측하였다.

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동위원소 비율이 이산화탄소 분석에 미치는 영향 (The Effect of Isotope Ratio in the Analysis of $CO_2$)

  • 이지연;유희수;박수영;문동민;이진복;김진석
    • 한국대기환경학회:학술대회논문집
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    • 한국대기환경학회 2003년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.321-322
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    • 2003
  • 근래에 지구 온난화에 의한 기상변화가 심각한 문제로 대두되고 있다. 온실가스의 하나인 이산화 탄소의 정확한 측정은 지구온난화 문제를 연구하는데 중요한 하나의 축이 된다. 온실가스 측정의 목적은 전지구적 변화를 측정하는데 있음으로 0.l$\mu$mol/mol이내의 고정밀도가 요구된다. 현재 이산화탄소의 분석은 WMO가 지정한 이산화탄소 표준가스와 측정시료를 NDIR을 이용하여 비교분석 함으로써 이루어진다. (중략)

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플라즈마를 활용한 $CO_2$ dry reforming

  • 송영훈;이대훈;조성권
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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    • pp.71.1-71.1
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    • 2013
  • 메탄가스와 이산화탄소는 지구온난화 가스이기 때문에 배출규제가 점차 강화될 것으로 전망되고 있다. 또한 이들 가스는 매립지 또는 바이오 공정을 통해 발생되는 가스이기 때문에 단순히 배출을 억제하는 데 그치지 않고 보다 적극적으로 활용해야할 필요성이 있다. 현재 메탄과 이산화탄소를 동시에 활용하는 기술로는 촉매공정을 통해 메탄과 이산화탄소를 수소와 일산화탄소로 전환하는 방법이 대표적이나, 본 공정은 $800{\sim}900^{\circ}C$의 고온조건을 필요로 하고 고압조건에서 다량으로 생성되는 탄소에 의한 촉매 활성도의 저하문제로 인해 해당 기술의 실제 보급에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 한편, 플라즈마를 활용한 메탄가스 개질(reforming) 기술은 고온 플라즈마인 경우 60~70년 전부터 상용화 사례가 있으며, 저온 플라즈마의 경우는 약 10여 년 전부터 개질반응의 공정온도를 낮추려는 연구를 중심으로 기초연구가 수행되어왔다. 이들 플라즈마를 활용한 메탄개질 기술은 메탄의 직접분해, 부분산화, 수증기 개질 및 건식개질 등으로 분류되는 데, 최근 지구온난화가스인 이산화탄소의 처리에 대한 관심이 높아지면서 이산화탄소를 활용하는 건식개질 기술에 대한 관심이 높아지고 있는 상황이다. 현재 플라즈마 건식개질기술에서 주된 이슈는 높은 전력비용이고, 이를 낮추기 위해 촉매를 활용하거나 플라즈마 발생을 최적화하려는 연구가 진행되고 있다. 본 발표에서는 플라즈마를 활용한 건식개질 기술의 장단점, 실용화 가능성 및 향후의 과제를 다루고 있으며, 이를 위해 기계연구원에서의 연구결과 및 국내외 연구실의 결과를 살펴보았다.

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전기화학적 이산화탄소 환원을 통한 일산화탄소 생산 공정의 전과정평가 : 온실가스 저감 잠재량 분석 (Life Cycle Assessment of Carbon Monoxide Production via Electrochemical CO2 Reduction: Analysis of Greenhouse Gas Reduction Potential)

  • 노고산
    • 청정기술
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    • 제28권1호
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    • pp.9-17
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    • 2022
  • 전기화학적 이산화탄소 환원 기술은 전기에너지를 이용하여 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 유용한 기초 화학제품으로 전환시킬 수 있는 유망한 기술 중 하나다. 특히, 다양한 후보 제품 중 일산화탄소는 높은 Faraday 효율과 우수한 경제성을 나타내기 때문에 학계와 산업계의 많은 관심을 받고 있다. 과거 여러 연구진이 본 기술의 온실가스 저감 잠재량을 정량적으로 분석했으나, 분석 과정에서 도입된 과정과 사용된 인벤토리 데이터의 일관성 및 투명성에 문제가 제기된다. 본 연구에서는 전기화학적 이산화탄소 환원을 통한 일산화탄소 생산 공정의 온실가스 저감 잠재량 분석을 위한 전과정평가를 수행했다. 세 종류의 시스템 경계를 정의 후 각각의 지구온난화지수를 화석연료 기반 일산화탄소 생산 공정과 비교했다. 분석 결과, 전기화학적 일산화탄소 생산 기술을 도입하여 온실가스를 저감하기 위해서는 전해조 구동에 필요한 전기에너지의 배출계수가 현재 국내 발전부문의 배출계수보다 충분히 낮아야 한다는 점을 확인했다. 또한, 신뢰성 있는 온실가스 저감 잠재량 분석을 위해서는 기존의 화석연료 기반 일산화탄소 생산 공정의 인벤토리 정보를 투명하게 공개하는 것이 중요함을 밝혔다.

삼중개질반응의 균일반응계에 대한 연구 (A Study of Homogeneous Reaction Section for Tri-reforming reaction)

  • 김형규;신동근;조원준
    • 한국가스학회:학술대회논문집
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    • 한국가스학회 2007년도 춘계학술발표회 논문집
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    • pp.33-36
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    • 2007
  • 합성가스는 C1화학을 시작하는 반응원료 물질로 최근 DME(dimethyl-ether), 메탄올, GTL(gas to liquid), CTL(coal to liquid), 암모니아 생성 공정 등 많은 화학공정에 사용되고 있다. 합성가스를 생산하는 방법은 천연가스 개질반응과 석탄의 가스화반응, 그리고 원유의 정제 등을 통해 얻을 수 있다. 삼중개질반응은 천연가스와 산소, 수증기, 이산화탄소를 원료로 $1000^{\circ}C$ 이상의 고온에서 반응시켜 합성가스를 생산하며, 균일반응계와 불균일반응계로 이루어져 있다. 균일반응계에서는 천연가스와 산소가 주로 반응하며, 원료로 투입된 대부분의 산소는 균일반응계에서 소모되어 일산화탄소와 이산화탄소를 생성한다. 삼중개질반응의 균일반응계에서는 산소와 천연가스와의 반응으로 많은 발열이 발생하여 전체 반응계의 온도를 유지할 수 있도록 해준다. 본 연구에서는 산소로 인한 삼중개질반응의 온도 조절과 균일반응계의 온도 분포를 위치에 따라 관찰해 보았으며, 실험과 모사를 통해 비교해 보았다.

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기-고체 반응 모델을 이용한 Kideco탄의 이산화탄소 촉매 석탄가스화 반응 특성 (Reactivity Study on the Kideco Coal Catalytic Coal Gasification under CO2 Atmosphere Using Gas-Solid Kinetic Models)

  • 이도균;김상겸;황순철;이시훈;이영우
    • 청정기술
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    • 제21권1호
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    • pp.53-61
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    • 2015
  • 본 연구는 인도네시아 아역청탄인 키데코(Kideco)탄의 촤(char)-이산화탄소 촉매가스화 kinetic분석을 열중량분석기(thermogravimetric analysis, TGA)를 이용하여 수행하였다. 촉매는 탄산칼륨 및 탄산나트륨을 선정하였으며, 석탄과 촉매의 물리적 혼합을 통하여 촤를 제조하였다. 촤-이산화탄소 촉매가스화반응은 탄산나트륨 7 wt%, 850 ℃에서 이산화탄소 농도가 60 vol%일 때 가장 빠른 탄소전환율을 보여주었다. 750~900 ℃ 등온조건에서 촤-이산화탄소 촉매가스화 반응결과, 온도가 증가할수록 탄소전환율 속도가 빨라졌으며, 기-고체 반응모델 shrinking core model (SCM), random pore model (RPM), volumetric reaction model (VRM) 및 modified volumetric reaction model (MVRM)을 실험결과에 적용하였을 때, MVRM이 키데코탄의 가스화반응 거동을 잘 예측하였다. 또한 Arrhenius plot을 통한 활성화에너지는 탄산나트륨을 첨가한 촤가 탄산 칼륨을 첨가한 촤보다 더 우수한 촉매 활성을 보여주었다.

순산소 가스화 반응장에서 CO2 전환 메커니즘 연구 (Experimental Study on CO2 Reaction Mechanism in Oxy Gasification Reaction Field)

  • 노선아;윤진한;길상인;이정규;민태진
    • 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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    • 제3권4호
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    • pp.285-290
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    • 2015
  • 저급 에너지인 폐기물로부터 고부가 합성가스를 생산하고 온실가스 저감 연구를 동시에 수행하기 위하여 $1000-1400^{\circ}C$의 고온에서 순산소 가스화 연구를 수행하였다. 폐기물 시료로는 RPF (Refused Plastic Fuel)를 이용하였으며 실험 장치로는 열중량 분석기와 0.5 ton/day의 pilot plant 가스화 시스템을 이용하였다. 열중량 분석기에서는 이산화탄소에 의한 RPF 촤(char)의 가스화 실험을 수행하여 온도에 따른 중량 변화를 고찰하고 Boudouard reaction에 의해 일산화탄소가 생성되는 것을 확인하였다. 또한, 0.5 ton/day pilot plant system에서 RPF의 순산소 가스화를 통하여 고농도의 수소를 함유한 합성가스를 생산하였다. 생산된 합성가스는 수송용 연료 생산과 화학제품 생산에 가능한 수소와 일산화 탄소의 비율을 나타내었다.

순환유동층 석탄재를 이용한 탄소광물화 기술의 온실가스 배출 저감량 및 경제성 분석 (Greenhouse Gas Emission Reduction and Economic Benefit Evaluation of Carbon Mineralization Technology using CFBC Ash)

  • 정은태;김정윤
    • 자원리싸이클링
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    • 제31권3호
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    • pp.40-52
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    • 2022
  • 탄소광물화 기술은 석탄재와 이산화탄소를 반응시켜 건설재료 등으로 활용이 가능한 복합탄산염 등의 부산물을 생산함과 동시에 이산화탄소를 탄산염에 고정화하여 온실가스 감축효과를 얻을 수 있는 기술로, 이산화탄소 감축 및 경제적 잠재력을 고려하면 국가 온실가스 감축 목표를 실현하기 위한 유용한 방안이 될 수 있다. 그러나 아직까지는 해당 기술의 이산화탄소 감축 성능과 환경적인 이점, 경제성 등에 대한 자료가 적어서 기술의 상용화 가능성에 대해서는 명확하지 않은 상태이다. 본 연구는 국내 순환유동층 발전소에서 발생되는 이산화탄소와 석탄재를 이용하는 이산화탄소 투입량 기준 6,000 tonCO2/년 규모의 탄소광물화 설비에 대해 이산화탄소 감축량 및 경제성 분석을 수행했다. 공정 분석 결과 1톤의 복합탄산염 생산 시 실질적인 이산화탄소 감축량은 약 45.8 kgCO2eq, 연간 약 805.3 tonCO2로 산정되었으며, 경제적 편익 분석 시 비용편익분석비(B/C Ratio)는 1.04, 내부수익률(IRR)은 10.65 %, 순현재가치(NPV)는 24,713,465 원으로 나타나, 탄소광물화 설비가 어느 정도 경제성을 확보하고 있는 것으로 분석되었다.

실험실규모의 생물학적 이산화탄소 저감 및 메탄전환 공정 연구 (A Study on the Lab-scale process of $CO_2$ conversion to $CH_4$)

  • 이준철;김재형;전혜연;박홍선;장원석;박대원
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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    • pp.111.2-111.2
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    • 2011
  • 최근 지구온난화로 인해 국제적으로 이산화탄소 저감에 대한 연구가 진행되고 있으며 특히, 이산화탄소의 분리 및 유용물질 전환 등의 다양한 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이산화탄소를 메탄으로 전환시키는 생물학적 반응은 acetotrophic methanogen, hydrogenotrophic methanogen 등의 미생물이 관여한다. 본 연구에서는 hydrogenotrohpic methanogen을 이용하여 메탄으로 전환하고자 하였다. 이를 위해 이산화탄소와 수소의 체류시간에 대한 연구를 진행하였으며, 선행 연구로 혐기성슬러지의 혼합배양균으로부터 hydrogenotrophic methanogen을 우점종화 하기 위해 고정층 반응기를 이용하여 이산화탄소와 수소 가스를 주입하여 고농도로 배양하였다. 그 결과, 반응기내의 이산화탄소의 메탄전환 균주로써 수소를 환원제로 이용하는 hydrogenotrophic methanogen이 배양되었음을 확인하였다. 이산화탄소와 수소가스의 체류시간에 따른 이산화탄소의 생물학적 메탄 전환 실험 결과, 약 4시간에서 이산화탄소의 저감률이 99%이었으며, 체류시간이 2시간, 1.5시간인 경우 이산화탄소의 저감률은 각각 71%, 68% 이었다.

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