• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.19 no.4
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• pp.286-296
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• 2016

Offshore CCS technology is to transport and inject $CO_2$ which is captured from the power plant into the saline aquifer or depleted oil-gas fields. The more accumulated injected $CO_2$, the higher reservoir pressure increases. The increment of reservoir pressure make a dramatic change of the operating conditions of transport and injection systems. Therefore, it is necessary to carefully analyze the effect of operating condition variations over the injection period in early design phase. The objective of this study is to simulate and analyze the $CO_2$ behavior in the transport and injection systems over the injection period. The storage reservoir is assumed to be gas field in the East Sea continental shelf. The whole systems were consisted of subsea pipeline, riser, topside and wellbore. Modeling and numerical analysis were carried out using OLGA 2014.1. During the 10 years injection period, the change of temperature, pressure and phase of $CO_2$ in subsea pipelines, riser, topside and wellbore were carefully analyzed. Finally, some design guidelines about compressor at inlet of subsea pipeline, heat exchanger on topside and wellhead control were proposed.

• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.18 no.1
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• pp.15-21
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• 2015

This paper presents the feasibility study on $CO_2$ carrier for carbon dioxide marine geological storage. Conceptual design was carried out to acquire $CO_2$ carriers by retrofitting existing vessels and new ship-building. Based on conceptual design, the acquisition cost of $CO_2$ carriers was estimated. Finally, necessary expense and number of ships were estimated based on operational plans for the assumed scenario.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.37 no.11
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• pp.597-606
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• 2015

This work investigates the carbonation of KOH-dissolved methanol and ethanol solution systems carried out for $CO_2$ fixation. Potassium methyl carbonate (PMC) and potassium ethyl carbonate (PEC) were synthesized during the reaction in each solution as the solid powder, and they were characterized in detail. The amount of $CO_2$ chemically absorbed to produce the PMC and PEC precipitates were calculated to be 97.90% and 99.58% of their theoretical values, respectively. In addition, a substantial amount of $CO_2$ was physically absorbed in the solution during the carbonation. PMC precipitates were consisted of the pure PMC and $KHCO_3$ with the weight ratio of 5:5, respectively. PEC precipitates were also mixture of the pure PEC and $KHCO_3$ with the weight ratio of 8:2, respectively. When these two precipitates were dissolved in excess water, methanol and ethanol were regenerated remaining solid $KHCO_3$ in the solutions. Therefore, the process has the potential to be one of the efficient options of CCS and CCU technologies.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.157-157
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• 2010

우리나라는 기후변화협약에 대응하기 위한 교토의정서를 비준한 국가로서, 아직 온실가스의 의무감축 대상 국가는 아니다. 그러나 2012년부터 시작될 교토의정서 2차 공약기간 중에 브라질, 중국 및 인도와 같이 2차 의무감축대상이 가장 유력시 되는 국가로 지목되고 있으므로, 이러한 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 기술적, 사회적, 정책적 방안이 신속히 마련될 필요가 있다. CCS(carbon capture & storage)란 화석연료로 부터 연소시 대기 중으로 배출되는 온실가스($CO_2$)를 포집하여 재생 또는 지중, 해양에 저장하는 기술로서 국가녹색성장 핵심기술중의 하나로 분류되며, 대료적인 $CO_2$ 발생대상인 석탄화력발전소로 부터 $CO_2$ 회수방안, 회수, 처리관련 연구를 포함하여 국내외 적으로 활발한 연구가 이루어 지고 있다. 순산소 연소기술을 통한 $CO_2$ 회수, 처리기술은 연료(천연가스, 석탄, 석유)의 산화제를 공기대신 순도 95% 이상의 고농도 산소를 이용하여 순산소연소를 하며, 이때 발생하는 배가스의 대부분은 $CO_2$와 수증기로 구성되어 있다. 발생된 배가스의 약 70~80%를 다시 연소실로 재순환시켜 연소기의 열적 특성에 적절한 연소가 가능하도록 최적화함과 동시에 배가스의 $CO_2$ 농도를 80% 이상으로 농축시켜 회수를 용이하게 하며, 특히 공해물질은 NOx 발생량을 10ppM 이하로 줄일 수 있다. 천연가스가 생산되는 LNG기지에서 LNG를 기화시키기 위하여 해수식 기화기(ORV : Open Rack Vaporizer와 수중연소식 기화기(SMV ; Submerged Combustion Vaporizer)를 사용하고 있으며, 특히 SMV는 버너를 이용하여 $-162^{\circ}C$ LNG를 $10^{\circ}C$의 LN로 기화시키는 설비로서 이때 연소시 $CO_2$를 상당량 발생시킨다. 본 논문에서는 SMV에서 순산소 연소방식을 적용하여 연료인 천연가스를 연소시키고, 이때 발생되는 $CO_2$와 수분이 주 성분인 배가스를 연소기에 재순환시켜, 연소실내 고온문제를 해결하며, 최종적으로 배가스중 $CO_2$는 $-162^{\circ}C$의 LNG 냉열을 이용하여 고순도의 액체 $CO_2$로 액화시키므로서 $CO_2$의 회수, 처리문제를 해결하는 방식을 소개하고자 한다. 이러한 방식은 천연가스에서 발생되는 $CO_2$ 회수를 LNG 냉열을 활용하므로서 폐열을 활용하는 에너지 효율적인 문제와 사용가능한 고순도 $CO_2$로 회수하므로서 환경적인 문제를 처리하는 기술이라 할 수 있다.

• The Journal of Engineering Geology
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• v.28 no.2
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• pp.207-215
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• 2018

Almost all countries of the world have recently made great efforts to reduce green-house gases to alleviate the global warming threatening human survival, because a huge amount of carbon dioxide as one of the main green-house gases has been emitted from the combustion processes of fossil fuels such as coal and oil. $CO_2$ capture and storage (CCS) technology is a representative method to diminish the green-house gases, and actively investigated by many countries. This study focuses on the design and construction of a high pressure $CO_2$ injection facility to store it to underground, which is the first $CO_2$ injection in Korea following the steps of the $CO_2$ capture from large $CO_2$ emission sources and transportation to the sea. Injection tests of $CO_2$ on the platform on the sea were carried out in Yeongil Bay of Pohang city in the early 2017. Thus, we were able to perceive the necessary operating conditions of the injection facility, injection characteristic, and knowhow of the injection facility. The results obtained from the injection test shall be utilized for facility upgrades and scale-ups.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.151-151
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• 2011

오늘날 에너지문제는 인류가 직면한 가장 중요한 당면과제 중 하나이다. 석유, 석탄과 같은 화석에너지는 점점 고갈되어 가고 있으며, 이산화탄소 배출로 인한 기후변화도 해결이 시급한 문제이다. 이러한 문제들을 해결하기 위한 방안으로 신재생에너지의 중요성이 부각되고 있다. 특히 신재생에너지 기술 중 태양전지는 미국, 일본, 유럽, 중국 등 많은 국가에서 기술개발 및 보급에 앞장서고 있으며, 시장선점을 위한 기술개발 경쟁이 치열하다. 또한 연료전지의 경우 전기와 열을 동시에 생산 가능하며, 다른 에너지 변환기보다 훨씬 높은 효율을 가지고 있어 신에너지원으로서 주목받고 있다. 이와 함께 기후변화에 실질적인 해결책으로 세계는 CCS에 기대하고 있으며, 기술개발 및 실증을 위한 국제공동연구도 활발하게 진행 중이다. 본 논문에서는 이러한 중요성을 인식하여 태양전지, 연료전지 그리고 CCS에 대하여 국내외 에너지기술 활용도를 분석하였다. 활용도 분석을 위하여 특허등록건수, 특허의 피인용 정보와 이를 활용한 CPP지수를 산출하였다. 오늘날 특허는 국가나 기업 등 특정 주체에 대한 기술력 또는 혁신성을 측정하거나, 기술개발 동향을 파악하기 위한 중요한 정보로 사용된다. 특히 CPP지수(특허당 피인용지수)는 분석대상(국가, 기업 등)의 특허가 이후의 기술혁신 활동에 어느 정도의 활용되어 영향을 미쳤는가를 보여주는 지표로써, 특정 국가나 기업의 기술혁신 활동의 수준 및 혁신성과의 가치를 살펴 볼 수 있다. 이를 통하여 국내의 에너지기술 경쟁력을 살펴보고 시사점을 도출하였다. 우선 특허데이터 수집을 위하여 톰슨 이노베이션을 활용하여 2001년부터 2010년까지 미국, 일본, 유럽, 한국에 등록된 특허를 검색하였으며, 특허등록번호를 중심으로 중복데이터를 제거하였다. 또한 특허명칭, 요약정보를 통하여 노이즈를 제거하였다. 노이즈가 제거된 특허를 활용하여 기술별, 국가별 기술개발 동향을 살펴보았으며, CPP지수를 통하여 기술별, 국가별 활용도를 분석하였다. 분석 결과, 태양전지의 경우 대부분의 국가에서 특허건수가 매년 증가함에 따라, 지속적으로 기술경쟁이 심화되고 있는 것으로 분석되었다. 또한 한국의 CPP지수는 미국, 일본 등 주요 경쟁국가에 비해 상당히 낮게 나타나 기술 활용 수준이 낮은 것으로 분석되었다. 따라서 핵심기술 개발과 같은 에너지기술의 질적수준을 높이기 위한 대책마련이 필요한 실정이다. 본 논문의 결과를 통하여 특허를 위한 기술개발이 아닌 보다 활용성이 높은 기술개발이 이루어지기를 바라며, 나아가 국가에너지기술 경쟁력을 높이는데 기여할 것으로 기대한다.

• Journal of the Korea Institute of Building Construction
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• v.24 no.2
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• pp.181-191
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• 2024

In the realm of cement manufacturing, concerted efforts are underway to mitigate the emission of greenhouse gases. A significant portion, approximately 60%, of these emissions during the cement clinker sintering process is attributed to the decarbonation of limestone, which serves as a fundamental ingredient in cement production. Prompted by these environmental concerns, there is an active pursuit of alternative technologies and admixtures for cement that can substitute for limestone. Concurrently, initiatives are being explored to harness technology within the cement industry for the capture of carbon dioxide from industrial emissions, facilitating its conversion into carbonate minerals via chemical processes. Parallel to these technological advances, economic growth has precipitated a surge in construction activities, culminating in a steady escalation of construction waste, notably waste concrete. This study is anchored in the innovative production of calcium silicate cement clinkers, utilizing finely powdered waste concrete, followed by a thorough analysis of their mineral phases. Through X-ray diffraction(XRD) analysis, it was observed that increasing the substitution level of waste concrete powder and the molar ratio of SiO₂ to (CaO+SiO₂) leads to a decrease in Belite and γ-Belite, whereas minerals associated with carbonation, such as wollastonite and rankinite, exhibited an upsurge. Furthermore, the formation of gehlenite in cement clinkers, especially at higher substitution levels of waste concrete powder and the aforementioned molar ratio, is attributed to a synthetic reaction with Al₂O₃ present in the waste concrete powder. Analysis of free-CaO content revealed a decrement with increasing substitution rate of waste concrete powder and the molar ratio of SiO₂/(CaO+SiO₂). The outcomes of this study substantiate the viability of fabricating calcium silicate cement clinkers employing waste concrete powder.

• Journal of the Mineralogical Society of Korea
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• v.28 no.1
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• pp.39-49
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• 2015

Recently, carbon capture and storage (CCS) techniques have been globally studied. This study was conducted to use waste cement powder as an efficient raw material of mineral carbonation for $CO_2$ sequestration. Direct aqueous carbonation experiment was conducted with injecting pure $CO_2$ gas (99.9%) to a reactor containing $200m{\ell}$ reacting solution and the pulverized cement paste (W:C = 6:4) having particle size less than 0.15 mm. The effects of two additives (NaCl, $MgCl_2$) in carbonation were analyzed. The characteristics of carbonate minerals and carbonation process according to the type of additives and pH change were carefully evaluated. pH of reacting solution was gradually decreased with injecting $CO_2$ gas. $Ca^{2+}$ ion concentration in $MgCl_2$ containing solution was continuously decreased. In none $MgCl_2$ solution, however, $Ca^{2+}$ ion concentration was increased again as pH decreased. This is probably due to the dissolution of newly formed carbonate mineral in low pH solution. XRD analysis indicates that calcite is dominant carbonate mineral in none $MgCl_2$ solution whereas aragonite is dominant in $MgCl_2$ containing solution. Unstable vaterite formed in early stage of experiment was transformed to well crystallized calcite with decreasing pH in the absence of $MgCl_2$ additives. In the presence of $MgCl_2$ additives, the content of aragonite was increased with decreasing pH whereas the content of calite was decreased.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.130.2-130.2
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• 2010

2020년까지 대형 CCS (Carbon Capture and Storage) Demo Plant 시장 (100MW 이상) 이 형성될 전망이다. 발전 부문에서 대규모 CCS 실증 프로젝트는 총 44개이며 연소전(41%), 연소후(28%), 순산소(3%) 프로젝트가 계획되어 있다. 순산소 연소 기술은 실증진입단계, 연소후(USC) 기술은 상용화 추진단계, 연소전 (IGCC) 기술은 실증완료 이후 상용화 진입 단계이다. IGCC 발전의 석탄가스화 기술은 타 산업분야에 서 상용화 되어있어 기술신뢰성이 높다. IGCC 단위설비 기술 개발을 통한 성능개선 및 비용절감에 대한 잠재력을 가지고 있기 때문에 미래의 석탄발전기술로 고려되고 있다. IGCC 기술은 가장 상용화에 앞서있지만 아직까지 IGCC+CCS 대형 설비가 운전된 사례가 전 세계적으로 없으며 미국 EPRI 등에서 Feasibility Study 단계이다. 현재 국책과제로 수행중인 300MW급 태안 IGCC 플랜트를 대상으로 향후 CCS 설비를 적용했을 경우에 대해 기술 타당성 검증을 목적으로 IGCC+CCS 모델링을 수행하였다. 모델링은 스크러버 후단의 합성 가스를 대상으로 하였다. Water Gas Shift Reaction (WGSR) 공정 및 Selexol 공정을 구성하여 최종 단에서 수소 연료를 생산할 수 있도록 하였다. WGSR 공정은 Co/Mo 촉매반응기로 구성되었다. WGSR 모델링을 통하여 주입되는 스팀량 (1~2 mol-steam/mol-CO) 및 온도 변화 ($220-550^{\circ}C$)에 따른 CO가스의 전환율을 분석하여 경제적인 설계조건을 선정하였다. Selexol 공정은 $H_2S$ Absorber, $H_2S$ Stripper, $CO_2$ Absorber, $CO_2$ Flash Drum으로 구성된다. Selexol 공정의 $CO_2$와 $H_2S$ 선택도를 분석 하였으며 단위 설비별 설계 조건을 예측하였다. 모델링 결과 59kg/s의 합성가스($137^{\circ}C$, 41bar, 가스 조성은 $CO_2$ 1.2%, CO 57.2%, $H_2$ 23.2%, $H_2S$ 0.02%)가 WGSR Process를 통해 98% CO가 $CO_2$ 로 전환되었다. Selexol 공정을 통해 $H_2S$ 제거율은 99.9%, $CO_2$제거율은 96.4%이었고 14.9kg/s의 $H_2$(86.9%) 연료를 얻었다. 모델링 결과는 신뢰성 검증을 통해 IGCC+CCS 전체 플랜트의 성능예측과 Feasibility Study를 위한 자료로 활용될 예정이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.71.2-71.2
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• 2011

300MW 급 태안 IGCC 가스화 플랜트 및 기존 발전소에 CCS 를 설치할 경우에 대해 기술 타당성 검증을 목적으로 CCS 모델링을 수행하였다. CCS Case Studies 는 플랜트 운전부하에 따른 $CO_2$ 제거율, $H_2S$ 제거율, 소모동력 범위 등 플랜트 성능을 예측할 수 있다. Case Studies 결과를 활용하여 설계된 CCS 설비 용량이 운전범위에 적합한지를 판단할 수 있고 과잉 설계되었을 경우 플랜트 건설비를 절감할 수 있다. IGCC 가스화 플랜트에서 생산되는 합성가스의 $CO_2$ 분압, 목표 $CO_2$ 제거율, 경제성을 기준으로 적합한 CCS 공정을 판단한 결과 Selexol 공정이 선정되었다. Selexol 공정은 고압, 고농도의 산성가스 제거에 적합하며 다른 물리적 용매인 Rectisol 공정에 비해 건설비용이 경제적이고 화학 흡수제인 아민과 비교하여 운전 온도 범위가 넓다. CO, $H_2O$ 를 $CO_2$, $H_2$ 로 전환하는 Water Gas Shift Reaction (WGSR) 공정은 Co/Mo 촉매 반응기로 구성되었고 Selexol 공정은 $H_2S$ Absorber, $H_2S$ Stripper, $CO_2$ Absorber, $CO_2$ Flash Drum 로 구성되었다. WGSR+Selexol 모델링은 Wet Scrubber 후단의 합성가스 (40.5 bar, $136{\sim}139^{\circ}C$) 를 대상으로 하였다. WGSR+Selexol 공정 운전 조건 변화 [Process Design Case(PDC), Equipment Design Case(EDC), Turndown Design Case(TDC)] 에 따른 플랜트 모델링 결과를 비교분석 하였다. 주요 분석 내용은 WGSR 설비에서의 CO 의 $CO_2$ 전환 효율, Selexol 설비에서 $CO_2$ 제거 효율, $H_2S$ 제거 효율이다. 모델링 결과 WGSR 설비에서의 CO 의 $CO_2$ 로의 전환율 99.1% 이상, Selexol 설비에서 $CO_2$ 제거율은 91.6% 이상, $H_2S$ 제거율 100%이었다. CCS 설비 설치에 따른 플랜트 성능 영향을 분석하기 위해서 CCS 설비의 Chiller, Compressor, Pump 소비동력을 계산하였다. 모델링 결과 Chiller 는 2.6~8.5 MWth, Compressor 는 3.0~9.6 MWe, Pump 는 1.4~3.0 MWe 범위 이었다. 플랜트 로드가 50%인 TDC 소모동력은 플랜트 로드가 100%인 PDC 소모동력의 절반 수준이었다. 합성가스를 WGS+Selexol 공정을 통해 수소가스로 전환시키면 가스터빈 연료가스의 Lower Heating Value (LHV) 값이 평균 11.5% 감소하였다.