• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.74.2-74.2
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• 2011

석탄가스화 기술은 고온, 고압 조건에서 석탄과 산소의 불완전연소 및 가스화 반응을 통해 일산화탄소(CO)와 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조하여 이용하는 현실적인 에너지원의 확보를 위한 방법인 동시에 이산화탄소를 저감할 수 있는 기술이다. 석탄가스화기 공급되는 석탄은 산소와의 부분 산화, 수증기 및 $CO_2$와의 반응에 의하여 합성가스로 전환되는데, 일반적으로 슬래깅 방식 석탄가스화기의 정상운전 중에 가스화기 내부 온도는 $1,400{\sim}1,600^{\circ}C$ 정도의 고온이며, 운전압력은 20~60 기압으로 매우 고압 상태에서 운전이 이루어지는데, 공급되는 석탄 시료의 성분들 중 가연성 물질의 99% 이상이 합성가스로 전환되는 반면, 회분에 해당되는 무기물의 대부분은 용융 슬랙 형태로 가스화기의 벽을 타고 흘러내리다가 슬랙탭을 통해 하부의 냉각조로 떨어지면서 급냉이 이루어지게 된다. 그러므로, 석탄가스화기 정상운전중 슬랙탭 주변의 온도를 고온으로 유지함으로써 용융슬랙의 고형화를 방지하는 것은 석탄가스화기의 안정적인 연속운전을 위하여 중요한 기술 중의 하나라고 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 저급탄 가스화를 위한 1 톤/일급 고온, 고압 습식 석탄가스화기의 정상운전중 슬랙탭 부근에서 용융슬랙의 고형화를 방지하기 위한 슬랙탭 버너시스템의 설계를 진행하였으며, 안정적인 운전조건 도출을 위하여 보조연료(CNG)와 산소의 공급비율에 따른 화염특성 시험을 진행하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.439-439
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• 2023

근래 국내에서는 기후변화로 인한 국지성 호우가 점점 늘어나는 추세로 급격한 하천 수위상승 및 유량 증가로 인해 지속적으로 홍수피해가 발생하고 있으며, 이를 예방하기 위한 실시간 자료수집의 중요성이 증대되고 있다. 이러한 사회적 환경을 고려하여 우리는 물 순환에 관한 자료를 실시간으로 수집하고 홍수예보를 위한 수문조사시설을 설치하여 운영하고 있으나, 대부분 하천과 인접한 곳에 설치되는 시설 특성상 시스템 오류, 전원 이상 발생 등 다양한 요인으로 발생하는 자료 결측·손실에 즉각적인 조치가 어려운 실정이다. 이에, 현장 기반 시설의 안정적인 운영을 통한 연속성 있는 자료 제공을 위해 수문조사시설 중 하천 내 설치된 유량측정시스템에 ICT·사물인터넷(IoT, Internet of Things)을 적용하여 현장 환경-정보 등 언택트(non-contact) 모니터링을 통해 실시간 점검을 수행하였다. 그 결과 2022년 기준 총 508회(현장점검 358회) 점검 중 150회 원격점검을 수행하였고, 이중 74회 즉각 점검 및 복구 조치가 이루어져 점검 시간 단축을 통한 자료 결측 최소화, 현장점검 최소화를 통해 효율적인 시설 운영이 가능하도록 하였다. 또한, 점검을 위해 현장 이동 시 발생하는 이산화탄소 배출량 저감으로 탄소중립 효과도 나타낼 수 있었다. 코로나바이러스감염증-19 이후 사회환경 패러다임 전환에 따라 비대면 활성화, 탄소중립, 안전하고 건전한 사회환경 조성 등과 같이 대면 위주로 운영되는 현장 시설의 관리 방향 또한 사회적 상황을 고려하여 효율적인 시설물 운영, 예산 절감, 자료의 연속성 확보 등을 위해 적극적인 운영 방향의 전환이 필요하다고 판단된다.

• 한국가스학회지
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• 제27권1호
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• pp.1-12
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• 2023

석탄가스화는 석탄을 불완전 연소하여 수소와 일산화탄소로 이루어진 합성가스를 생성하는 공정이다. 기 존 석탄 연소와 달리 질소 산화물이나 황 산화물이 배출되지 않고 미세먼지 발생량이 적어 석탄을 청정하게 이용할 수 있으며 합성가스를 통해 부가적인 화학물질을 생산할 수 있다. 석탄가스화는 합성가스 생산방식에 따라 석탄가스화복합화력발전(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC), 플라즈마 석탄가스화, 지하석탄 가스화(Underground Coal Gasification, UCG)로 분류된다. 최근에는 합성가스의 수소를 활용하기 위하여 일산화탄소를 수소로 전환하는 수성가스전환(Water Gas Shift, WGS) 반응기와 이산화탄소를 포집하는 설비를 결합하는 사례가 늘고 있다. 본 연구에서는 석탄가스화와 합성가스를 이용한 수소 생산 방법에 대하여 정리하였으며 현재 진행되고 있는 석탄가스화를 이용한 수소 생산 프로젝트를 조사하였다.

• 한국가스학회지
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• 제27권4호
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• pp.78-84
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• 2023

최근 이산화탄소배출 감축과 환경오염 물질 저감이 세계적인 이슈가 됨에 따라 규제를 강화하고 있다. 수송 부분에서는 사용 연료를 기존 화석 연료에서 수소 등 친환경 연료로 에너지 전환이 이루어지고 있다. 국내에서는 에너지 전환에 발맞춰 2040년까지 1,200기의 수소 충전소 구축을 목표로 하고 있어, 넓은 인화 범위를 가지는 고압 수소를 공급하는 충전소의 안전성 확보가 매우 중요하다. 본 논문에서는 충전소 사고 발생 시 충전소 내 근로자의 안전확보를 위해 국내 기준과 일본, 유럽 등의 수소 충전소 안전거리 기준 현황을 분석하여 안전거리 설정 가이드 라인을 제시하였다. 안전거리 설정 절차는 유럽의 EIGA 기준에 따라 설비별 사고 발생빈도와 TNO의 EFFECTS 소프트웨어를 활용한 피해 영향 분석을 통해 사망 확률이 3.5E-05 이하가 되는 안전거리를 산출하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.522-525
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• 2008

최근 세라믹 막은 우수한 화학적, 열적 안정성으로 기체 분리 공정에 각광을 받아 왔다. 특히 혼합기체에서 고 순도의 수소를 분리해 내는 기술은 연료전지 공정에서 화학 에너지를 전기화학 에너지로 전환시키는데 중요한 역할을 차지한다. 본 연구에서는MTES 템플레이팅 막을 이용하여 이 막 공정의 흡착 및 투과 특성을 규명하고, 이성분 혼합기체에서 고 순도의 수소를 추출해 낼 수 있는 최적 조건을 도출해 내었다. 또한, 기체 분리 거동을 살펴보기 위해 Gproms Dynamic Simulator를 이용하였으며, 이때 기체상의 물질전달을 모사하기 위해 Dust Gas Model(DGM)을, 표면 확산 거동을 모사하기 위해 Generalized Stefan-Maxwell(GSM)식을 적용하였다. 이를 통해 평형론적 흡착 뿐 아니라 속도론적 흡착을 동시에 적용할 수 있게 하였다. MTES 템플레이팅 막의 흡착 및 분리능을 규명하기 위해 본 연구에서는 혼합기체의 투과, 분리 실험이 선행되었다. 실험 조건은 온도범위 323$\sim$473 K, 압력범위 0$\sim$7 atm에서 수행되었으며, 혼합기체는2성분으로 수소-메탄, 수소-이산화탄소, 수소-질소로 기체의 구성비는 각각 50:50 이다. 본 연구를 통해 각 혼합 기체들이 정상상태에 도달하는 시간과 분리능을 계산해 내었으며, 이 분리능을 다시 온도와 압력에 따른 결과로 분석하여 어느 조건에서의 수소 분리도가 최고치를 보이는지를 규명했으며, 시뮬레이션과 비교,대조하여 예측도를 검사하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.105-108
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• 2007

최근 세라믹 막은 우수한 화학적, 열적 안정성으로 기체 분리 공정에 각광을 받아왔다. 특히 혼합기체에서 고 순도의 수소를 분리해 내는 기술은 연료전지 공정에서 화학 에너지를 적기화학 에너지로 전환시키는데 중요한 역할을 차지한다. 본 연구에서는 MTES 템플레이팅 막을 이용하여 이 막 공정의 흡착 및 투과 특성을 규명하고, 이성분 혼합기체에서 고 순도의 수소를 추출해 낼 수 있는 최적 조건을 도출해 내었다. 또한, 기체 분리 거동을 살펴보기 위해 Gproms Simulator를 이용하였으며, 이때 기체상의 물질전달을 모사하기 위해 Dust Gas Model(DGM)을, 표면 확산 거동을 모사하기 위해 Generalized Stefan-Maxwell(GSM)식을 적용하였다. 이를 통해 평형론적 흡착 뿐 아니라 속도론적 흡착을 동시에 적용할 수 있게 하였다. MTES 템플레이팅 막의 흡착 및 분리능을 규명하기 위해 본 연구에서는 혼합기체의 투과, 분리 실험이 선행되었다. 실험 조건은 온도범위 $30{\sim}50$ $^{\circ}C$, 압력범위 $0{\sim}5$ atm에서 수행되었으며, 혼합기체는 2성분으로 수소 메탄, 수소-이산화탄소, 수소-질소로 기체의 구성비는 각각 50:50 이다. 본 연구를 통해 각 혼합 기체들이 정상상태에 도달하는 시간과 분리능을 계산해 내었으며, 이 분리능을 다시 온도와 압력에 따른 결과로 분석하여 어느 조건에서의 수소 분리도가 최고치를 보이는지를 규명했으며, 시뮬레이션과 비교, 대조하여 예측도를 검사하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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• pp.178-181
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• 2008

다양한 조성을 갖는 $CH_4+CO_2$ 혼합 기체 하이드레이트 샘플의 미세 구조 분석을 위하여 X-ray 회절 방법을 이용하였다. X-ray 회절 분석을 이용할 경우, 하이드레이트로의 전환율과 같은 정성적인 분석뿐 아니라 각 객체별 cage occupancy와 같은 정량적인 분석까지도 가능한 것으로 나타났다. 또한 이렇게 얻어진 X-ray 회절 분석 결과 및 refinement 결과를 $^{13}C$ 고체 NMR 방법과 교차 비교함으로써 측정 결과의 신뢰도를 높이려 하였다. 얻어진 분석 결과는 이후 가스 하이드레이트를 이용한 다양한 연구 분야에서 저장용량 평가 및 객체 점유율과 같은 미세 구조 정보를 얻는 데에 유용하게 사용될 것으로 전망된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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• pp.182-185
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• 2008

최근 새로운 천연가스 수송/저장법으로 가스 하이드레이트 형성법이 주목받고 있다.본 연구에서는 천연가스의 저장 매체로 다공성 매질인 실리카 젤을 사용하였다. 다공성 실리카 젤을 사용할 경우 물과 기체의 접촉면적을 극대화 시킬 수 있어 가스하이드레이로의 전환율을 높일 수 있다. 본 연구에서는 천연가스 주성분인 에탄과 프로판 기체를 사용하였으며, 기공의 직경이 각각 6.0 nm, 15.0 nm, 30.0 nm, 100.0 nm의 다공성 실리카 젤을 사용하였다. 에탄은 270 $\sim$ 285 K의 온도범위와 9 $\sim$ 25 bar의 압력범위, 프로판은 260 $\sim$ 280 K의 온도범위와 1.8 $\sim$ 2.8 bar의 압력범위에서 기공 크기의 분포를 고려하여 하이드레이트(H)-물($L_W$)-기상(V)의 3상 평형점을 측정하였다. 측정 결과 기공의 크기가 작아질수록 각각의 벌크 상태의 에탄 및 프로판 하이드레이트에 비해 하이드레이트의 평형조건이 온도는 낮아지고 압력이 높아지는 저해효과가 커짐을 알 수 있었다. 천연가스 수송/저장으로서 응용을 고려할 경우 저해효과가 적은 100.0 nm이상의 다공성 실리카 젤을 사용하는 것이 적절할 것으로 사료된다. 본 연구에서 얻어진 결과는 천연가스 수송/저장뿐만 아니라 심해저 천연가스 개발, 이산화탄소 심해저장 등의 가스 하이드레이트 용용 연구에도 유용한 기초 자료가 될 것이다.

• 멤브레인
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• 제25권3호
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• pp.203-215
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• 2015

클로알칼리(CA) 멤브레인법은 이온전도성 고분자전해질을 이용한 염수전기분해공정을 의미하며, 전통적으로는 가성소다와 염소 생산을 목적으로 하고 있다. CA 멤브레인법은 기존 클로알칼리 공정으로 사용되어왔던 수은법 및 격막법에 비해 환경적 유해성이 낮으며, 에너지비용을 상당히 감소시킬 수 있다는 장점을 나타낸다. 본 총설에서는 멤브레인법의 기본개념 및 특징, 핵심기술에 관한 내용을 다루고자 한다. 또한 높은 에너지비용을 갖는 염수전기분해에 대한 에너지 절감효과를 달성하기 위한 시스템 집적화기술, 산소탈분극전극 기술과 이종 기술과의 하이브리드를 통한 고도 CA 시스템기술의 예로서의 이산화탄소 직접전환기술에 대해 논할 것이다. 마지막으로, 멤브레인법에 기반한 국내외 CA 기술동향을 소개할 것이다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.571-580
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• 2016

In this paper, performance of the gas turbine combined cycle(GTCC) using pre-combustion carbon capture technology was comparatively analysed. Steam reforming and autothermal reforming were used. In the latter, two different methods were adopted to supply oxygen for the reforming process. One is to extract air form gas turbine compressor (air blowing) and the other is to supply oxygen directly from air separation unit ($O_2$ blowing). To separate $CO_2$ from the reformed gas, the chemical absorption system using MEA solution was used. The net cycle efficiency of the system adopting $O_2$ blown autothermal reforming was higher than the other two systems. The system using air blown autothermal reforming exhibited the largest net cycle power output. In addition to the performance analysis, the influence of fuel reforming and carbon capture on the operating condition of the gas turbine and the necessity of turbine re-design were investigated.