• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제18권1호
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• pp.15-21
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• 2015

본 연구에서는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 운송 수단으로 활용될 $CO_2$ 운송선의 타당성조사 결과에 대하여 논한다. 중고 화물선 개조에 의한 $CO_2$ 운송선 확보와 신조에 의한 운송선 확보를 위한 개념 설계를 수행하였고, 이를 토대로 $CO_2$ 운송선의 획득 비용을 추정하였다. 마지막으로 가정한 시나리오에 대한 운용 방안을 검토하여 연간 운송량을 수송할 수 있는 필요 척수와 소요 비용을 함께 추정하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제12권3호
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• pp.217-226
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• 2009

발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 포집한 $CO_2$ 혼합물을 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하고, 이를 해양의 퇴적층에 수백-수천 년 이상 장기간 격리 및 관리하는 $CO_2$ 해양지중저장기술이 기후변화 대응기술로서 국내외적으로 주목 받고 있다. 본 CO2 저장기술을 구현하기 위한 수송 및 저장 공정에 대한 기존의 연구는 주로 순수 $CO_2$를 대상으로 하여 진행되어 왔다. 그러나 일반적으로 발전소 및 제철소 등에서 포집된 $CO_2$ 혼합물에는 $N_2$, $O_2$, Ar, $H_2O$, $SO_x$, $H_2S$ 등과 같은 불순물들을 포함하고 있다. 이러한 $CO_2$ 혼합물 내 불순물들은 처리하고자 하는 $CO_2$ 혼합물의 열역학 상태량 등을 변화시킴으로써 압축, 정제, 수송 및 저장 공정들에 커다란 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 이러한 불순물 중 불활성 가스인 $N_2$가 포함된 $CO_2$ 혼합물의 수송 및 저장 공정을 설계하는데 있어 매우 중요한 $CO_2$ 혼합물의 열역학 거동을 모사하기 위한 열역학 상태방정식들을 비교 분석하였다. 또한, $CO_2$, $N_2$와 같은 서로 다른 분자간의 상호작용 효과를 보완하기 위하여 사용되는 이성분 매개변수에 대한 최적 값을 도출하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제15권3호
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• pp.263-272
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• 2012

유엔기후변화협약회의(UNFCCC)에서는 이산화탄소 포집 및 저장(Carbon dioxide capture and storage, CCS)의 부족한 경제성 확보 및 개발도상국으로의 확대의 하나의 방편으로 CCS를 청정개발체제(Clean Development Mechanism, CDM)로 수용하는 것에 대한 논의가 2005년부터 진행되었다. CCS의 CDM 수용과 관련하여 CCS 기술보유국 및 산유국과 개발도상국간의 의견차이로 인하여 합의를 이루지 못하고 논의가 거듭되다, '10.12월 칸쿤 회의결과, CCS의 CDM 수용 가능성에 대해 합의가 이루어졌다(CMP[2010], Decision7/CMP.6). 당시 당사국들은 CCS의 CDM 수용을 위해 방식 및 절차에 관련한 주요 이슈, 즉, 1) 저장지 선정, 2) 모니터링, 3) 모델링, 4) 경계, 5) 누수 측정 및 계산, 6) 월경 효과, 7) 연계프로젝트 배출 계산, 8) 위해성 및 안전성 평가, 9) CDM 체제하의 책임 등에 대한 합의를 우선 요구하였으며, 동기간 동안 과학 기술자문부속기구(SBSTA)에서는 의견 교환 및 워크숍 개최 등을 통해 방식 및 절차에 대한 초안을 마련하였다. 이 초안을 바탕으로 '11년 12월 남아공 더반 회의에서 마침내 CCS기술을 CDM으로 수용키로 최종 합의하였다(CMP[2011], Decision-/CMP.7). CCS의 CDM 수용은 단순히 경제적 인센티브의 제공이라는 의미를 넘어 CCS 기술이 국제사회에서 이산화탄소 저감기술로 공식적으로 인정받았다는 것을 의미하기에 국내의 관련 기술 및 산업뿐만 아니라 법 정책적 측면에서도 큰 영향을 미칠 것으로 보인다. 이에 본 논문에서는 각 이슈들에 대한 국제적 논의 동향을 분석하고, 이를 통해 현재 우리나라가 계획하고 있는 CCS 실용화를 위해 선행되어야 할 정책적 고려 사항을 도출하였다. 금번에 채택된 CCS기술의 CDM 체제 방식 및 절차에 따르면, 우리나라와 같은 비부속서 I 당사국도 방식 및 절차에서 제시한 법 제도를 수립할 경우 CCS CDM 사업 활동 수행이 가능하다. 현재 우리나라는 상위법인 '저탄소 녹색성장 기본법'이 제정되어 있으나 CCS CDM 방식과 절차에서 요구하고 있는 세부 법 제도 프레임웍은 미비한 상황이다. 따라서 단기적으로 포집, 수송, 저장 분야 별로 관련법 개정을 통해 CCS CDM 기반 조기 마련과 함께 장기적으로는 단일법 제정을 포함한 CDM 체제 하의 CCS 사업관련 종합적 법제도 기반을 준비할 것을 제언하고자 한다.

• 자원환경지질
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• 제54권4호
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• pp.409-425
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• 2021

이산화탄소가 지구온난화를 초래하는 대표적인 온실가스로 지목되면서 대기 중의 이산화탄소 농도를 줄이기 위하여 많은 노력들이 진행되어 왔다. 그러한 노력들 중 특히 CO₂ 포집 및 지중 저장기술(carbon dioxide capture and storage, CCS)이 감축 목표량을 달성하기 위해서 필수적으로 고려되고 있다. 그러나 이러한 지중 저장기술이 상용화되기 위해서는 안전성이 보장되어야 한다. 특히 이산화탄소 누출이 농경지에서 발생할 경우에는 작물 생장과 관련되어 많은 문제를 야기할 수 있다. 이에 본 연구에서는 지중 저장지로부터 누출된 이산화탄소가 토양 비옥도에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 이를 위하여 인위적인 이산화탄소 누출 시험을 수행하였으며, pH, 양이온치환용량, 교환성 양이온, 전기전도도, 토양 유기물 함량, 총 질소, 질산태 질소, 암모니아태 질소, 총 인, 유효태 인산, 총 황, 유효태 황, 유효태 붕소 등과 같은 토양의 화학적 특성들을 비옥도 지시 인자로 선정하였다. 누출 시험은 비경작지 토양 한 종류와 경작지 토양 두 종류(옥수수와 콩 재배)를 대상으로 이루어졌다. 비경작지 토양은 거친 모래가 많은 사질토양으로 공극률은 42.6%로 조사되었으며, 경작지 토양인 옥수수 재배 토양은 양질 사토(loamy sand)로 공극률이 46.8%이었다. 콩과식물(soybean) 재배 토양은 옥수수 재배 토양과 동일한 양질 사토로서 공극률이 48%로 조사되었다. 누출시험을 위해 6개의 인공누출 칼럼 장치를 이용하여 이산화탄소를 주입하였다. 이산화탄소 주입은 비경작지와 경작지 토양의 경우 각각 60일과 70일 동안 진행하였다. 이산화탄소 누출 후 비경작지 및 경작지 토양에 대하여 각각 12, 14일 간격으로 1 공극 부피의 인공강우 모사 시험을 수행한 후 용출액과 토양 시료를 채취하여 비옥도 지시 인자를 분석하였으며, 이산화탄소 누출 전후 변화 양상을 비교 평가하였다. 토양 내 잔류 교환성 양이온, 전기전도도, 토양 유기물 함량, 총질소, 총인 등은 이산화탄소의 영향을 크게 받지 않은 것으로 나타났다. 그러나 질산태 질소, 암모니아태 질소, 유효 인산, 유효 황, 유효 붕소 등은 감소하는 경향을 보였으며 이에 의해 토양 비옥도를 저하시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 토양의 완충능력 때문에 pH의 변화가 없었지만, 이산화탄소가 장기간 누출된다면 pH의 감소에 의한 토양 산성화가 초래될 가능성이 있을 것으로 예측된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제19권1호
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• pp.52-61
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• 2016

대용량의 $CO_2$를 지중에 저장하기 위한 CCS(Carbon Capture and Storage)는 고압의 파이프라인 수송공정을 수반한다. 또한, 사고 및 유지보수와 같은 비정상상태가 발생할 경우 고압의 $CO_2$를 대기 중으로 방출시키는 감압공정이 필요하다. 본 연구에서는 고압 $CO_2$ 파이프라인에서의 감압현상을 수치해석적 방법을 이용하여 분석하였다. 수치계산 결과를 실험데이터와 비교분석함으로써 수치해석의 예측 능력을 검증하였다. 수치모델이 기체-액체 혼합 구간에서의 2상 감압현상을 잘 예측하였다. 그러나 초임계 액체 단상 감압과 기체 단상 감압현상에 대해서는 온도변화 등을 예측하는데 한계가 있음을 밝혔다.

• 한국해양공학회지
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• 제22권6호
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• pp.88-94
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• 2008

The concentration of atmospheric carbon dioxide (CO2), which is one of the major greenhouse gases, continues to rise with the increase in fossil fuel consumption. In order to mitigate global warming the amount of CO2 discharge to the atmosphere must be reduced. Carbon dioxide capture and storage (CCS) technology is now regarded as one of the most promising options. To complete the carbon cycle in a CCS system, a huge amount of captured CO2 from major point sources such as power plantsshould be transported for storage into the marine or ground geological structures. Since 2005, we have developed technologies for marine geological storage of CO2,including possible storage site surveys and basic design of CO2 transport and storage process. In this paper, the design parameters which will be useful to construct on-shore and off-shore CO2 transport systems are deduced and analyzed. To carry out this parametric study, we suggested variations in thedesign parameters such as flow rate, diameter, temperature and pressure, based on a hypothetical scenario. We also studied the fluid flow behavior and thermal characteristics in a pipeline transport system.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.231-231
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• 2010

아직까지 국내에서 사용하는 대부분의 에너지는 화석연료에 의존하고 있다. 지하자원에서 나오는 석탄, 석유와 같은 화석연료는 다른 에너지원에 비해 운송이 간편하고 쉽게 이용할 수 있는 장점이 있지만, 환경오염의 문제성과 오일가상승, 자원의양 및 저장장소가 한정되어 있다는 단점을 가지고 있다. 이에 따라 수소와 같은 대체에너지를 이용하여 환경오염을 예방하고 무한히 사용할 수 있는 에너지원을 개발하기 위한 대체 방안들이 연구되고 있다. 폐기물 가스화시 발생되는 합성가스(CO, $CO_2$, $CH_4$, $H_2$) 내 일차로 생성된 일산화탄소는 수증기와 반응함으로써 이산화탄소로 전환이 가능하다. 잔류 메탄은 이산화탄소를 이용하여 개질함으로써 합성가스내 수소농도를 높일 수 있다. 전환된 잔류가스(CO, $CO_2$, $H_2$)내 일산화탄소는 산소를 이용하여 이산화탄소로 산화시킬 수 있으며, 산화된 이산화탄소는 흡착제를 이용하여 제거가 가능하다. 본 연구에서는 실제 가스화시 발생되는 합성가스를 이용하기 위하여, RPF가스화시 발생되는 합성가스를 직접 포집하여 실험을 진행하였다. 합성가스내 소량의 메탄은 니켈촉매를 이용하여 수소로 전화시켰으며, 잔류하는 일산화탄소는 백금촉매, 이산화탄소는 탄산나트륨 흡착제를 이용하여 연속적으로 제거함으로써 순수한 수소를 제공하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.745-748
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• 2009

수소는 지구상에 풍부하게 존재하는 원소로 최근 수소경제시대에 대한 기대와 함께 청정 에너지 carrier로 주목받고 있다. 본 연구에서는 고순도 수소 생산을 위해 water gas shift (WGS) 반응과 $CO_2$의 분리를 하나의 unit operation의 형태로 수행하는 신개념의 thermal swing sorption enhanced reaction (TSSER) 공정의 타당성을 테스트하는데 목적을 두고 있다. Le Chatelier 원리를 기본으로 하는 흡착분리 동시 반응 (sorption enhanced reaction, SER)에서는 수소생산 반응의 열역학적 한계를 극복할 수 있고 정반응의 속도를 증대시킬 수 있다. 본 연구에서는 $K_2CO_3$가 첨가된 hydrotalcite에 대한 고온에서의 $CO_2$ 화학흡착 평형 및 거동 데이터를 실험을 통하여 측정하였다. 또한 WGS 상용촉매와 화학 흡착제를 이용하여 흡착분리 동시 반응을 실험과 수치해석 시뮬레이션으로 수행하였고, 연구결과로부터 연료전지에 사용할 수 있는 고순도의 수소 (~10 ppm CO)를 직접 생산할 수 있으며, 동시에 고압상태의 $CO_2$를 고순도로 포집할 수 있음을 확인할 수 있었다. 고압, 고순도의 $CO_2$ 포집은 이후 $CO_2$ 저장에 용이하게 이용되어 온실가스 저감에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 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.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제2권2호
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• pp.167-185
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• 2016

$CO_2$ 지중저장 기술은 가장 유력한 대용량 온실가스 감축기술의 하나이다. 이 기술을 적용하여 국제적으로 노르웨이, 알제리, 캐나다, 미국 등에서 이미 대규모 실증 및 상용화 사업이 수행되고 있으며, 호주, 일본, 네덜란드, 독일 등 그 밖의 여러 나라에서 다양한 내용과 규모를 갖는 중소규모 실증사업이 진행되고 있다. 한국도 소규모 육상 파일럿 저장 프로젝트와 중규모 해상 저장실증 프로젝트가 추진되어 착실하게 기술개발과 경험확보를 위해 노력하고 있다. $CO_2$ 지중저장 사업은 화석연료의 사용이 다른 에너지원으로 대체되기 전까지 지속적으로 확장될 것으로 예측되고 있으나, 온실가스 감축시장의 불안전성, 사업의 수익구조와 관련된 경제성, 누출에 대한 안전성 등의 위협요소를 갖고 있다. 따라서 이러한 위협을 극복하기 위해 많은 국가와 기업들이 저비용-고효율 지중저장 기술과 안전한 지중저장 기술의 확보를 목표로 연구개발 및 실증사업을 추진하고 있다. 한국의 경우에 저장소가 주요 포집원으로부터 상당한 거리를 갖고 있는 해저에 발달하고 있기 때문에 지중저장 사업의 경제성 확보가 매우 불리한 조건이다. 따라서 정부나 기업이 CCS 기술을 주요 온실가스 감축수단으로 채택하여 대규모 지중저장 사업을 본격적으로 착수하는 것을 주저하고 있다. 한국과 같은 불리한 조건을 갖는 국가의 경우에 특히 대규모 저장소의 확보를 포함한 저비용-고효율 지중저장 기술의 실용화가 절실하게 필요하다. 결론적으로 한국의 $CO_2$ 지중저장 사업의 성공적인 추진을 위해서는 대규모 저장소의 확보, 저비용-고효율 지중저장 기술의 개발과 실증을 통한 실용화, 중소규모 지중저장 실증사업으로 축적한 기술과 경험으로 대규모 지중저장 사업의 효율화 달성이 요구된다. 이를 위한 실천적인 로드맵과 프로그램의 작성과 착실한 이행 역시 중요하다. 이러한 기반이 착실하게 다져질 경우에 한국에서 대규모 CCS 통합실증과 $CO_2$ 지중저장 사업이 본격적으로 개시될 수 있을 것이다.