• 유기물자원화
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• 제15권3호
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• pp.97-105
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• 2007

본 연구는 유기성 고형폐기물 처리에 적합한 벤치스케일 침출상 반응조를 이용하여 효율적인 산발효 및 수소발효의 거동특성을 살펴보았다. 산발효조는 혐기성 소화슬러지를 식종한 후 희석율 2.0, 3.0, $4.0d^{-1}$로 운전이 되었으며, 수소발효조는 열처리된 소화슬러지를 식종한 후 희석율 2.0, 4.0, $6.0d^{-1}$로 운전이 되었다. 산발효조는 희석율 $3.0d^{-1}$에서 운전되었을 때 최대의 COD 전환율 56.2%가 얻어졌으며 이때 전환된 COD는 모두 유기산으로 전환되었다. 반면에 수소발효조는 산발효조보다 높은 COD 전환율(49.3%)을 보여주지 못했지만, 높은 에너지 수율을 가지고 있을 뿐 아니라 친환경 청정에너지인 수소가스(전체 COD 중 5.1%)를 부산물로 얻을 수 있었다. 그러므로 처리목적에 따라 산발효나 수소발효를 유기성 고형폐기물에 적용할 수 있으며, 이는 혐기성처리 기술의 경제성을 향상시킬 수 있다.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.393-400
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• 2005

수소를 생산하는 미생물은 크게 광합성 세균(photosynthetic bacteria), 혐기성세균(non-photosynthetic anaerobic bacteria), 조류(algae) 등으로 구분되고, 이들의 수소 생성 기작, 사용가능기질 및 수소 발생량은 상당한 차이가 있다. 광합성세균은 Rhodospirillaceae, Chromatiaceae 및 Chlorobiaceae로 구분되며, 이는 각각 홍색비유황세균(purple non-sulfur bacteria), 홍색유황세균(purple sulfur bacteria), 녹색유황세균(green sulfur bacteria)으로 통칭된다. 혐기성 세균은 절대 또는 통성혐기세균중 일부가 수소생산에 관여하며, 조류는 녹조류(green algae)와 남조류(blue-green algae, cyanobacteria)가 알려져 있다. 생물학적 수소생산 기술은 (1) 녹조류(green algae)가 광합성 메카니즘에 의해 수소를 생산하는 직접 물 분해 수소생산(direct bio-photolysis) (2) 광합성 작용에 의해 물을 분해하여 산소를 발생하고, 동시에 공기 중 이산화탄소를 고정하여 고분자 저장물질로 균체 내에 저장한 후 혐기 발효 또는 광합성 발효에 의해 수소를 발생하는 간접 물 분해 수소생산(indirect bio-photolysis or two stage photolysis) (3) 빛이 존재하는 혐기상태 배양 조건에서 홍색 세균에 의한 광합성 발효(photo-fermentation) 또는 (4) 광이 존재하지 않는 조건에서 혐기 미생물에 의해 수소와 유기산을 내는 혐기 발효(dark anaerobic fermentation) (5) 균체 외(in virro) 수소 발생 (6) 일산화탄소 가스 전환 반응(microbial gas shift reaction)에 의한 수소 생산 기술로 구분할 수 있다. 물로부터 생물학적 기술에 의한 수소생산은 공기 중의 이산화탄소를 고정하고, 수소와 산소를 발생하는 원천기술로써 오래 전부터 미국, 유럽에서 태양에너지를 이용하는 광합성 미생물의 분리, 개선 및 반응기에 관한 연구가 축적되어 왔으며, 유기물 즉 바이오매스로부터 혐기 및 광합성 발효를 연속적으로 적용하는 기술은 비교적 최근에 일본을 비롯한 유기성 폐기물이 많은 국가에서 수소에너지 생산과 유기성 폐기물 처리라는 두 가지 목적에 부합하는 연구로써 활발히 진행되고 있다. 유기성 폐기물이나 폐수와 같은 수분함량이 높은 바이오매스는 대부분이 매립처리 되는 실정이지만 높은 수분 함량 때문에 매립 시 발생하는 침출수는 환경오염의 주범으로 가까운 장래에는 매립도 금지될 전망이다. 이와 같은 수소에너지 생산기술과 이용시스템 개발은 화석연료 사용을 최소화 할 수 있으며, 국내에서 다량 발생하는 유기성 폐기물을 이용한 에너지 생산으로 자원 강대국 입지에 설 수 있다. 미생물에 의한 수소생산 기술은 청정에너지 생산과 아울러, 동시에 산소 발생, 공기 중 이산화탄소 고정, 식품공장 폐수 및 음식쓰레기와 같은 유기성 폐기물 처리 등 환경에 이로운 방향으로 진행될 뿐만 아니라, 미생물 자체가 갖는 생물 산업성도 높아서 비타민류, 천연색소, 피부암 치료제등의 고부가가치 의약품 생산도 활성화할 수 있다.

• 청정기술
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• 제15권4호
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• pp.258-264
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• 2009

가스하이드레이트를 이용하여 이산화탄소+수소 혼합가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 분리, 회수하기 위한 공정개발의 가능성을 살펴보고자 상평형 조건을 측정하였다. 100 nm의 공극 직경을 갖는 실리카겔 공극 내에서 형성되는 가스하이드레이트-물-기체의 삼상평형 하이드레이트 해리조건을 측정하였으며, 274.15 K에서 하이드레이트-기체의 이상조건 상태로 유지한 상태에서 이산화탄소의 농도변화에 따른 기상 및 하이드레이트상의 가스 조성을 분석하였다. 일정한 온도조건에서 기상의 이산화탄소 농도가 증가할수록 평형해리압력은 감소하는 경향을 보였으며, 순수 물에서의 상평형 압력과 비교하면 실리카겔 공극에서의 하이드레이트 상평형은 모세관효과에 의해 생성저해 현상이 발생하였다. 42 mol% 이산화탄소와 58 mol% 수소 혼합가스로부터 얻어지는 가스하이드레이트상의 조성은 이산화탄소 95 mol% 상으로 측정되었는데, 이는 기존의 순수 물을 이용하여 가스하이드레이트를 제조함으로써 이산화탄소를 농축, 분리하는 방법에 비해 매우 향상된 결과를 보여주고 있다. 하이드레이트 슬러리를 제조하여 2단 반응으로 분리하는 기존 방법에 비해 공정을 단순화할 수 있는 이 방법은 고정층 반응기로 쉽게 적용이 가능하므로 유용한 연소 전 이산화탄소 회수방법으로 이용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 청정기술
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• 제19권2호
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• pp.113-120
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• 2013

화학적으로 안정한 과불화합물을 처리하기 위해서는 많은 양의 에너지를 필요로 한다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 저전력 아크 플라즈마 시스템을 개발하였다. 분해대상은 $CF_4$, $SF_6$, $NF_3$가 플라즈마 토치로 직접 주입되었으며, 아크 플라즈마 토치의 열효율을 측정하여 실출력을 계산하였다. 실출력과 폐기체 유량 변화 그리고 추가적인 반응가스에 의한 분해효율을 확인하였다. 또한 열역학적 평형조성 분석을 수행하여 실험 결과와 비교하였다. 토치의 열효율은 60~66%의 결과를 보였으며 폐가스 유량이 증가함에 따라 분해효율이 감소하였고 입력전력이 늘어남에 따라 분해효율이 상승되었다. 추가적인 반응 가스가 없이 $CF_4$, $SF_6$, $NF_3$의 분해효율은 입력전력이 3 kW, 폐가스 유량이 70 L/min인 조건에서 각각 4, 15, 90%를 보였다. 반응가스로 산소와 수소를 이용하여 분해효율을 급격하게 증가시킬 수 있었으며, 실험 결과 산소보다 수소를 사용하였을 경우가 분해효율 상승효과와 부산물 제어에 효과적인 것을 알 수 있었다. 수소의 경우, 발생되는 부산물은 불화수소산이었으며 이는 일반적인 습식 스크러버를 이용하여 처리가 용이한 물질이다. 수소를 이용한 화학반응에서 입력전력이 3 kW, 폐가스유량이 100 L/min인 조건에서 $CF_4$가 25%, $SF_6$가 39%, $NF_3$가 99%의 분해효율을 각각 나타냈다.

• 청정기술
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• 제17권1호
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• pp.78-82
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• 2011

본 연구에서는 보다 효율적인 광 전기화학적 수소제조를 위하여 광촉매로써 티타니아 골격에 positive-type 반도체로써 B 이온, negative-type 반도체로써 P 이온을 삽입하여 고온 고압에서 용매열(solvothermal)법으로 P- 그리고 B-$TiO_2$ 나노 입자를 제조하였다. 제조한 P-$TiO_2$와 B-$TiO_2$의 물리적 특성은 X-ray 회절분석법, 투과전자현미경, 자외선-가시선 분광광도계, 발광분광계를 통해 확인하였다. 메탄올/물(1:1) 광분해 수소제조 실험 결과, 1.0 mol% B-$TiO_2$ 광촉매가 순수 anatase $TiO_2$ 광촉매 보다 활성이 향상되었으며, 0.5 g의 1.0 mol% B-$TiO_2$ 촉매를 사용한 경우 10시간 반응 시 0.42 mL의 수소가 발생되었다.

• 청정기술
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• 제14권3호
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• pp.184-192
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• 2008

불소계 화합물인 삼불화에탄올(2,2,2-trifluoroethanol, TFEA)와 수소화불화에테르(hydrofluoroether, HFE)는 성층권의 오존층을 파괴하지 않으며, 수소화불화탄소(hydrofluorocarbon, HFC) 및 수소화염화불화 탄소(hydrochlorofluorocarbon, HCFC)계 세정제에 비하여 지구온난화 영향력도 낮다. 특히, 인화점이 없는 HFE계 세정제는 낮은 인화점을 갖는 탄화수소계 세정제보다 취급에 안전하고 침투력이 우수하여 차세대 염화불화탄소(chlorofluorocarbon, CFC) 대체세정제로 주목받고 있다. 본 연구에서는 불소계 세정제인 TFEL HFE-7100, HFE-7200, HFE-476mec, HFE-449mec-f, AE-3000, AE-3100E와 실리콘계 세정제인 트리플 루로에톡시트리메틸실란(trifluoroetoxytrimethylsilane, TFES)와 헥사메틸디실라잔 (hexamethyldisilazane, HMDS)의 물성과 세정력을 오존파괴 물질인 CFC-113, 삼염화에탄(1,1,1-trichloroethane)와 유해물질인 이염화탄소(methylene chloride, MC) 등의 염소계 세정제, 그리고 현재 대체세정제로 많이 사용하고 있는 이소프로필알코올(isopropyl alcohol, IPA) 등과 비교 평가하였다. 그 결과 TFEA와 HFEs는 일반적으로 발생하는 다양한 오염물질들에 대하여 염소계 세정제에 비하여 낮은 세정능력을 보여주었지만, 불소를 함유한 불소계 오염물의 제거에는 우수한 세정력을 보였다. 그리고 실리콘계 세정제인 TFES와 HMDS도 실리콘계 오염물에 대한 세정력이 우수함을 보여주었다.

• 청정기술
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• 제29권2호
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• pp.79-86
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• 2023

Ru-MACHO-BH 촉매는 α, β-불포화 알데히드 화합물들의 카르보닐기(carbonyl group)만을 선택적으로 수소화 반응을 수행할 수 있다. 그러나 α, β-불포화 알데히드의 수소화 반응은 불균일 딜즈-앨더 반응을 수반하여 부산물인 이합체를 다량 생성한다. 본 연구에서는 Ru-MACHO-BH (Carbonyl hydrido (tetrahydroborato) [bis (2-diphenyl phosphino ethyl) amino] ruthenium(II)) 촉매를 이용하여, α, β-불포화 알데히드의 한 종류인 메타아크릴 알데히드(methacryl aldehyde) 화합물의 카르보닐기만 선택적으로 수소화 반응을 시켜 메타아릴 알코올(methallyl alcohol)을 합성하며, 동시에 2가 알코올을 부반응 억제제로 적용하였다. 이 결과는 모노 에틸렌 글리콜(mono ethylene glycol)이 이합체의 생성을 현저히 저감 시킬 수 있음을 보여주고 있다. 이러한 결과를 바탕으로 비닐기의 화학적 상호작용을 효과적으로 억제할 수 있는 하이드로퀴논을 사용하여 메타아크릴 알데히드에 존재하는 비닐기의 이합체 형성을 효과적으로 억제할 수 있었으며, 결국 메타아크릴 알데히드의 전환율을 상승시킬 수 있었다. 최종적으로, 고가의 귀금속 균일촉매인 Ru-MACHO-BH의 투입량을 1/10로 줄인 상태에서 원하는 생성물인 메타아릴 알코올의 선택도는 약 90% 이상, 수율은 약 80% 이상을 확보할 수 있었다. 이 결과는 수율 감소를 최소화하는 동시에 고가의 촉매 사용량을 저감하여 경제성을 향상시킬 수 있는 방법을 찾을 수 있게 하였다.

• 지적과 국토정보
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• 제51권2호
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• pp.83-106
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• 2021

대기오염, 지구온난화 문제 등 환경 문제의 심각성이 대두되면서 청정 연료의 관심이 커지고 있다. 그 중 수소는 기존 화석연료와는 달리 연소 시 부산물로 수분만이 발생하는 대표적인 친환경 에너지원으로 현재 다양한 분야에서 주목을 받고 있다. 물류 분야에서도 수소를 활용한 물류 네트워크를 구축하기 위해 다양한 정책적 노력이 활발히 이루어지고 있다. 이러한 수소 물류 네트워크의 구축에 있어 수소충전소의 입지 결정은 매우 중요한 문제이다. 최근 개발된 수소추진(수소연료전지) 화물차에 수소를 공급하는 충전소는 수소 기반 물류체계가 본격적으로 자리 잡는 데 있어 필수 불가결한 요소이다. 이러한 수소충전소의 최적 입지를 결정하는 선행연구는 대부분 수리적 모형에 기반한 최적화 기법만을 사용하여 수소충전소의 최적 입지를 결정하고자 하였다. 본 연구에서는 기존 연구의 동향과는 차별화하여 최적화 기법의 중요한 투입 변수 중 하나인 충전소 후보지에 대한 공간적 특성을 검토하는 방법으로 머신러닝 모형들을 활용하고 그 적용가능성을 확인하였다. 머신러닝은 다양한 분야에서 우수한 성과를 증명한 기법이지만 수소충전소의 최적 입지를 결정하는 연구 분야에서는 아직 적용된 바가 없다. 이를 위해 본 연구에서는 개별공시지가, 수소공급지와의 거리 등 전국 고속도로 휴게소와 고속도로의 무작위 지점들의 위치와 관련된 변수들을 독립변수로 선정하여 단일 머신러닝 모형과 앙상블 모형을 적용하고 그 성과를 비교하였다. 분석 결과, 랜덤포레스트(Random Forest) 모형이 가장 우수한 성과를 보였으며, 다른 모형들 또한 우수한 분류 성능을 보여 최적 입지 문제에 대해 공간적 특성을 예비적으로 검토하는 방법론으로써 머신러닝의 적용 가능성을 확인할 수 있었다. 따라서 머신러닝 모형은 수소충전소의 최적 입지 결정 분야에서 향후 최적화 기법을 적용한 연구의 예비적 검토 방법론으로 널리 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권7호
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• pp.717-728
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• 2009

로켓추진기관에 있어 과산화수소는 단일추진제와 이종추진제의 산화제로 사용되어 왔다. 과산화수소는 추력기용으로 사용된 최초의 단일추진제였으나, 후에 보다 비추력이 높고 저장성이 좋은 하이드라진으로 대체되었고, 터보펌프 구동용으로는 여전히 사용되어지고 있다. 이종추진제의 산화제로서는 1970년대까지 사용되었다. 1990년대에 들어서 저비용, 친환경적인 개발이 중요하게 대두되면서 과산화수소는 다시 개발자들의 관심의 대상이 되었다. 과산화수소의 저장성능이 과거에 비해 크게 개선되었으며, 케로신/과산화수소를 추진제 조합으로 사용하는 경우 케로신/액체산소를 사용하는 경우에 비하여 가속성능은 다소 떨어지나, 높은 추진제밀도와 O/F 비로 인하여 유사한 가속성능을 얻을 수 있으며, 연소생성물 역시 더욱 청정하였다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 2010년도 춘계학술 발표회
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• pp.192-192
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• 2010

현재 산업과 과학의 발달로 인한 무분별한 화석연료의 사용은 에너지자원의 고갈과 환경오염의 문제를 야기시켜, 이의 해결을 위한 청정 신에너지에 대한 연구가 전 세계적으로 집중되고 있다. 이 중 바이오매스는 화석연료보다 비교적 높은 H/C 비를 갖기 때문에 신에너지인 수소 또는 Syngas를 생산하기 위한 가스화 특성이 우수한 특징을 가지고 있으며, 구성성분 내 중금속, 황, 질소를 거의 함유하지 않는 점에서 환경오염 저감과 동시에 대체 신에너지로써 각광을 받고 있다. 이에 본 연구에서는 목질계 바이오매스인 Wood pellet (미송)에 대하여 고정층 반응기를 이용하여 질소분위기하에서 온도 및 Steam/Biomass Ratio(이하 SBR) 조건에 따른 가스화 특성으로 고찰하는데 그 목적을 둔다. 온도의 영향에 대하여, 높은 온도 범위에서 수소 수율이 증가함을 알 수 있었다. SBR에 대한 영향으로서, 저온 (700, $800^{\circ}C$)에서는 SBR=1에서는 수소의 수율이 증가하였으나 SBR=2, 3에서 감소하는 것을 보였다. 하지만 $900^{\circ}C$에서는 SBR이 증가 할수록 수소의 수율이 증가하는 것으로 나타났다. 또한 볼륨비로 나타내었을 경우 $H_2/CO(vol/vol)$의 경우 $900^{\circ}C$, SBR=3에서 0.73%로 water gas shift reaction이 가장 잘 일어난 것을 확인했고, $H_2/CH_4(vol/vol)$의 경우 마찬가지로 위의 조건과 동일조건에서 2.59%로 steam reforming이 가장 잘 일어난 것을 확인할 수 있었다. 최종적으로 본 실험에서는 $900^{\circ}C$, SBR=3인 경우에 가장 높은 수소수율을 얻을 수 있으며, 이때 수소의 수율은 32.7 Vol%였다.