• 문화기술의 융합
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• 제10권1호
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• pp.551-557
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• 2024

수소는 청정, 무탄소, 고에너지등 다양한 특징을 가진 재생에너지원으로 국제적으로 '미래에너지'로 인정받고 있다. 수소에너지 산업의 급속한 발전과 더불어 수소 수요를 충족시키기 위하여 더 많은 수소 인프라가 필요한 실정이다. 그러나 수소 인프라 사고가 빈번한 발생함으로 인해, 수소산업 발전에 걸림돌이 되고 있다. 미국 Sandia National Laboratories에서 개발한 HyRAM+는 수소충전소를 포함한 다양한 저장 응용 분야에 대한 수소 안전 평가와 관련된 데이터와 방법을 통합하는 소프트웨어 툴킷이다. HyRAM+의 물리 모드는 수소충전소 컴포넌트에 따라 수소누출 결과를 모사하여 가스 플룸 분산, 제트 프레임 온도와 궤적 그리고 복사 열속 등을 그래프로 나타낸다. 본 논문에서는 강원도 삼척시에 있는 수소충전소를 대상으로하여 HyRAM+ 소프트웨어를 이용하여 수소 누출 데이터를 추출하였다. HyRAM+에서 추출한 데이터를 이용하여 수소 누출(Leakage) 발생 시뮬레이터를 개발하였다. 데이터베이스와 그라파나(Grafana)를 이용하여 시뮬레이터에서 발생한 데이터를 보여주는 대쉬보드(Dashboard)로 구현하였다.

• 기술혁신학회지
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• 제19권4호
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• pp.822-847
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• 2016

미래 산업 유지를 위하여 세계적으로 지속가능한 에너지의 중요성이 부각되고 있다. 다양한 신재생 에너지 중 수소에너지는 청정에너지로서 각광받고 있다. 이에 본 연구는 수소에너지산업 인프라 구축시에 필요한 전략 수립을 위하여 SWOT/AHP 분석을 적용하였다. 우선 수소에너지 산업 인프라 구축시 요구되는 요인들을 추출하였고, SWOT matrix를 재구성하기 위하여 전문가의 의견을 조사하였다. 쌍대비교를 하여 개발된 요인들의 상대적 중요도를 알기 위하여 AHP 분석을 실시하였다. SWOT 분석과 AHP 분석을 적용하여 얻은 연구 결과를 기초로 하여 향후 수소에너지산업 인프라와 관련된 전략 계획의 수립 방안을 제시하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.190.2-190.2
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• 2016

청정에너지 개발은 화석연료를 대체하기 위하여 꾸준한 관심을 받고 있다. 많은 대체에너지중 수소는 그 반응물이 순수한 물로써 환경오염이 없다. 기존의 수소를 얻어내는 방법은 메탄을 고온 고압에서 수증기와 반응시켜 얻는데 이 때 이산화탄소가 생성이 된다. 전기화학적 물분해 방법은 물을 수소와 산소로 선택적으로 분해시킬 수 있는 방법이다. $TiO_2$는 전기적으로 합성할 때 표면의 구조제어가 쉽고 열역학적, 화학적 안정성이 높아 자체의 높은 밴드갭(3.0~3.2 eV)에도 불구하고 산업적으로 염소분해 전극으로써 사용되고 있으며 최근에는 물분해 전극으로도 적용하는 연구가 진행되고 있다. 전기화학적 물분해 반응을 위해서는 높은 과전압이 요구되므로 산업적으로 이용하기 위해 전도성을 향상시키기 위한 연구가 필요하다. 낮은 전압에서도 물을 분해할 수 있는 촉매제의 도핑이 연구되고 있으나 대부분 촉매로 사용되는 금속은 루테늄과 이리듐 등의 귀금속이다. 본 연구에서는 저가촉매로써 몰리브덴을 도핑한 후 농도별 성능을 비교하였다. 전극의 성능비교를 위해 각 촉매의 농도별로 다른 전해질 농도조건에서 성능비교실험을 진행하였다.

• 청정기술
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• 제23권1호
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• pp.95-103
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• 2017

본 연구는 비 $TiO_2$ 계 광촉매 중 가장 널리 알려져 있는 $ATiO_3$ (A = Ca, Sr, Ba) perovskite를 sol-gel 법을 이용해 합성하였고, 골격치환이 용이한 점을 이용해 A site에 Ni을 첨가한 입자를 합성하였다. 합성한 $ATiO_3$와 Ni-$ATiO_3$ 입자의 불리화학적 특성은 X-선 회절분석(XRD), 자외선-가시선 분광광도계(UV-visible spectroscopy), 주사전자현미경 (SEM), 에너지분산형 분광분석법(EDS), 질소 등온 흡 탈착실험, X선 광전자분광법(XPS)을 이용해 확인하였다. 수소제조는 메탄올을 광분해하여 얻었으며, $ATiO_3$ 보다 Ni-$ATiO_3$ 촉매에서 높은 수소발생량을 나타내었다. 특히 Ni-$SrTiO_3$ 촉매를 사용하였을 때 24시간 반응 후 $273.84mmolg^{-1}$의 수소가 발생하였다. 또한 Ni-$SrTiO_3$ 촉매는 물(0.1 M KOH)을 분해하였을 때에도 높은 수소 제조 성능을 나타냈으며, 24시간 반응 후 $961.51mmolg^{-1}$의 수소가 발생한 것을 확인하였다.

• 청정기술
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• 제23권1호
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• pp.113-117
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• 2017

본 연구에서는 섬유활성탄에 탄산나트륨을 첨착제로 이용하여 탄산나트륨 첨착섬유활성탄을 제조하고 동일조건에서 제조한 탄산나트륨 첨착입상활성탄과 황화수소 제거 성능을 비교한 후 그 활용가능성을 검토하고자 하였다. 첨착용액의 농도와 첨착시간을 변수로 하여 탄산나트륨 첨착섬유활성탄과 탄산나트륨 첨착입상활성탄의 흡착능을 구하였는데 먼저 두 경우 모두 첨착용액의 농도에 비례하여 탄산나트륨의 첨착되는 양도 증가하나 3 wt%이상에서는 기공충전(pore filling) 현상으로 첨착양에 변화가 없었다. 따라서 황화수소 제거를 위한 탄산나트륨 첨착섬유활성탄과 탄산나트륨 첨착입상활성탄의 제조시 최적의 탄산나트륨 용액 농도는 3 wt%인 것으로 판단되었다. 또한 탄산나트륨 첨착섬유활성탄의 경우 탄산나트륨 첨착을 위한 담지시간이 탄산나트륨 첨착입상활성탄에 비하여 2배 가까이 빠른 것으로 나타났다. 황화수소 제거효율은 탄산나트륨 첨착섬유활성탄이 탄산나트륨 첨착입상활성탄에 비하여 30% 이상 증가하였고 이는 비표면적의 측정결과로 설명되었다. 결과적으로 향상된 비표면적을 가진 섬유활성탄에 황화수소와 화학적으로 반응하는 탄산나트륨을 첨착하여 제조상 시간적 이점과 향상된 황화수소 흡착능을 확인할 수 있었다.

• 청정기술
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• 제26권1호
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• pp.55-64
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• 2020

재생에너지 3020 이행계획에 따라 재생에너지 발전 비중 증가에 대비해 잉여전력 저장 및 전력 공급 안정화 기술 필요성이 대두되고 있다. 이를 위해 수요 공급의 불균형으로 활용할 수 없는 전력을 수소 또는 메탄으로 전환하여 저장하는 Power-to-Gas 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 국내 실정을 반영한 Power-to-Gas 경제성분석을 수행하였다. 균등화 수소원가를 산정하기 위하여 Total revenue requirement 방법론을 활용하여 경제성 분석 방법론을 재정립하고, 국제에너지기구의 경제성 분석 결과를 통해 검증하였다. 연구결과 국내 기준 100 MW급 Power-to-Gas 시스템 균등화 수소원가는 kg당 8,344원으로 나타났다. 전기 비용, 수전해 장비 비용, 작동 연한에 따른 민감도 분석이 수행되었고, 재생에너지 이용 수소 생산비용과 천연가스 개질 수소 생산비용을 비교하여 경제성을 확보할 수 있는 조건을 제시하였다.

• 청정기술
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• 제27권1호
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• pp.69-78
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• 2021

팜유(palm oil)와 캐슈넛 껍질액(cashew nut shell liquid, CNSL)과 같은 식물유는 한국에서 수송용 바이오-디젤 혹은 발전용 바이오-중유의 주요 원료로서 사용되고 있다. 그러나, 이들은 탄화수소의 이중결합에 의한 높은 불포화도와 더불어 카르복실산에 기인한 높은 산소의 함량으로 인하여 연료유로서의 적용 범위에 한계가 있다. 이러한 관점에서, 본 연구는 팜유와 CNSL이 1/1 v/v%으로 이루어진 혼합 바이오오일에 포함된 불포화탄화수소를 포화시키고 산소 성분을 제거하기 위한 수소화처리 반응을 단일금속촉매(Ni과 Cu)와 이원금속촉매(Ni-Zn, Ni-Fe, Ni-Cu Ni-Co, Ni-Pd와 Ni-Pt) 들을 적용하여 완화된 반응조건(온도 250 ~ 400 ℃, 압력 5 ~ 80 bar와 LHSV 1 h-1) 하에서 수행하였다. Ni 활성성분에 대한 귀금속과 전이금속의 첨가는 수소화반응(HYD)과 탈산소반응(HDO)의 두 반응에 대한 활성을 증가시키는 시너지 효과를 보였다. 가장 활성이 뛰어난 유망한 촉매는 Ni-Cu/��-Al2O3으로서 Ni/Cu의 원소비가 9/1 ~ 1/4의 넓은 범위에서 HYD반응과 HDO반응에 대한 전환율이 각각 90 ~ 93%와 95 ~ 99%을 보였다. 이와 같이 Ni/Cu의 원소 비율이 넓은 범위에서 일정한 촉매반응활성을 보임에 따라 전형적인 구조비민감성 반응임을 알 수 있다. 그리고, 수소화처리 반응에 의해 정제된 혼합 바이오오일은 원료 혼합 바이오오일에 비해 요오드가, 산가 및 동점도가 크게 낮아졌으며, 고위발열량은 약 10% 증가되었다.

• 멤브레인
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• 제14권3호
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• pp.185-191
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• 2004

원자력 발전의 고온 가스로(high temperature gas-cooled reactor, HTGR)의 냉각제로 사용되는 He가스의 열에너지를 이용하여 물을 분해해서 수소를 생산하는 "열화학적 수소제조 IS프로세스"에 대해 설명하였다. 특히, 분리막 기술의 이용에 관한 연구를 중점으로 정리하였다. 고온 원자력 열에너지를 이용한 열화학적 수소 제조법은 실현 가능한 단계까지 왔다고 생각되며, 아직 연구 개발 과제가 많이 남아 있지만, 미래의 청정에너지 중의 하나인 수소를 대량 생산할 수 있는 가능성을 갖고 있다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.623-635
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• 2022

As global warming accelerates, clean hydrogen production becomes more important to mitigate it. However, importing hydrogen is necessary for countries that have high energy demands but insufficient resources to produce clean hydrogen. In line with the trend, this study investigated both the economic and environmental viability of an overseas hydrogen supply chain between Australia and the Republic of Korea. Several possible methods of water electrolysis and hydrogen carriers are compared and effect of renewable electricity price on the cost of hydrogen production is evaluated.

• 한국가스학회지
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• 제23권6호
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• pp.33-38
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• 2019

제조식 수소충전소에서 생산되는 수소가스는 일반적으로 석탄연료의 개질 및 부생가스 등을 활용하지만 순수물을 활용한 수전해 기술의 경우 청정한 기술로 각광 받고 있다. 전기에너지를 이용하여 순수한 물로부터 수소를 생산하는 기술 중에는 향후 가격 및 성능 경쟁에서 우수한 PEM(Polymer Electrolyte Membrane electrolysis)을 이용한 개발이 주로 이루어지고 있다. 이에 본 연구에서는 국내 수소충전소 중 개발단계에 있는 PEM 수전해 수소충전소에 대해 잠재된 유해위험요소를 확인하여 안전한 수소생산 및 수소충전소의 활성화를 도모하고자 한다. 유해위험요소를 도출하기 위해서는 수전해 수소충전소의 설비 및 장치의 안전성이 우선 확보되어야하기에 FMEA(Failure Mode & Effect Analysis)를 수행함으로써 수전해 및 수소충전소의 설비에서의 유해위험요인을 분석하였다.