• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권2호
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• pp.135-143
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• 2016

Biogas is a renewable fuel from anaerobic digestion of organic matters such as sewage sludge, manure and food waste. Raw biogas consists mainly of methane, carbon dioxide, hydrogen sulfide, and water. Biogas may also contain other impurities such as siloxanes, halogenated hydrocarbons, aromatic hydrocarbons. Efficient power technologies such as fuel cell demand ultra-low concentration of containments in the biogas feed, imposing stringent requirements on fuel purification technology. Biogas is upgraded from pressure swing adsorption after biogas purification process which consists of water, $H_2S$ and siloxane removal. A polymer electrolyte membrane fuel cell power plant is designed to operate on reformate produced from upgraded biogas by steam reformer.

• 공업화학
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• 제34권4호
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• pp.404-411
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• 2023

바이오가스 직접 개질을 위해 플라즈마 방전영역을 확장할 수 있는 3상 글라이딩 아크 플라즈마 수소 추출기를 설계하고 스팀과 메탄의 부피 비율, 가스 유량, 플라즈마 입력 전력에 대해 개질 특성을 평가하여 운전 조건을 최적화했다. 수소생산효율은 플라즈마 에너지 밀도가 작을수록 증가하는 것으로 확인되었지만 C_XH_Y 혹은 carbon soot와 같은 촉매 내구성에 영향을 줄 수 있는 부산물들이 발생했다. 부산물 생성을 억제하기 위해 스팀과 메탄의 비율 혹은 플라즈마 에너지 밀도를 높여야 했고 플라즈마 개질기 최적 조건으로 스팀과 메탄의 비율을 3, 플라즈마 에너지 밀도를 5.5 ~ 6.0 kJ/L로 선정했다. 또한 플라즈마 개질기에서 발생하는 열이 반응가스를 500 ℃ 이상까지 올려줄 수 있어 바이오가스 버너의 연료사용량을 줄여 수소생산효율을 높일 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.68-76
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• 2021

Climate change problems occur during the use of fossil fuel and the process of biogas production. Research continues to convert carbon dioxide and methane, the major causes of climate change, into high-quality energy sources. in order to present the performance potential for the novel plasma-recuperative burner reformer, the reforming characteristics for each variable were indentified. The optimal operating condition of was an O2/C ratio of 1.0 and a total gas supply of 20 L/min. At this time, CH4 conversion was 64%, H2 selectivity was 39%, and H2/CO ratio was 1.13, which were the results applicable to the solid oxide fuel cell fuel stack for RPG, or Residential Power Generator. Recirculation of reformed gas increases the amount of H2 and CO, which are combustible gases, especially the amount of H2. As a result, the H2 selectivity is improved, and high-quality gas can be produced.

• 공업화학
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• 제20권4호
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• pp.423-429
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• 2009

본 연구의 목적은 바이오가스를 이용하여 고농도 수소 생산과 CO 제거가 가능한 글라이딩아크 플라즈마 개질 시스템의 개발이다. 이를 위하여 수성가스 전이반응기는 수증기 주입량 변화,촉매층 온도 변화에 대하여, 선택적 산화반응기는 촉매층 온도변화, 공기주입량에 대하여 실험을 진행하였다. 기준조건은 S/C 비 3, 촉매층 온도 $700^{\circ}C$, 전체가스량 16 L/min, 입력전력 2.4 kW, 바이오가스 구성비($CH_4$ : $CO_2$ ) 6 : 4이다. 이때의 실험결과는 HTS의 최적조건은 S/C비 3, 반응온도 $500^{\circ}C$, LTS의 최적조건은 S/C 비 2.9, 반응온도 $300^{\circ}C$이다. 또한 PROX I단의 최적조건은 각각 공기유입량 300 mL/min, $190^{\circ}C$, PROX II단의 최적조건은 공기유입량 200 mL/min, $190^{\circ}C$을 나타내었다. 반응기를 모두 지난 후의 합성가스는 $H_2$ 수율 55%, $CH_4$ 전환율 97%, $CO_2$ 전환율 97%, CO 선택도는 0%로 바이오가스를 개질하여 생성된 합성가스는 높은 수율을 나타내며, CO 선택도는 0%를 나타내었다.

• 청정기술
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• 제29권4호
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• pp.327-332
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• 2023

본 연구에서는 바이오가스 수증기 개질을 통한 합성가스 생산에 관해 연구했다. Ni-Al₂O₃ 및 Ni-CeO₂ 촉매는 공침법으로 제조되었으며 침전제 주입 속도가 조절되었다. 온도에 따른 촉매 성능 테스트는 CH₄:CO₂:H₂O = 1:0.67:3의 가스 조성비와 647,000 mL h^-1 gcat^-1의 공간속도에서 진행하였다. 침전제 주입 속도는 촉매 특성에 영향을 미쳤으며, 지지체 종류에 따라 결과를 보였다. 온도가 증가함에 따라 이산화탄소 개질 반응과 reverse water gas shift 반응이 일어났다. 수증기가 충분히 공급되는 조건에서는 침전제를 한 번에 투입하여 제조된 Ni-Al₂O₃ 촉매가 높은 Ni 분산도에 기인하여 가장 우수한 성능을 보였다.

• 유기물자원화
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• 제14권4호
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• pp.93-103
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• 2006

바이오가스는 유기물의 혐기소화과정에서 생기는 부산물로 열에너지와 전기에너지로 사용되어왔다. 바이오디젤생산의 반응물과 연료로 사용되고 있는 메탄올의 수요는 꾸준히 증가하고 있다. 본 총설에서는 메탄올을 메탄올로 전환하는 직접부분산화법의 최근 발전 동향을 간략한 메탄올합성의 역사와 함께 다루었으며, 산업 규모에서 주로 사용되고 있는 증기개질반응과 현재 연구단계에서 발전하고 있는 촉매산화법을 비교하였다. 이 총설에서는 바이오가스로부터 메탄올전환의 가능성이 기술적인 측면과 경제적 실용성 면에서 제시되었다.

• 공업화학
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• 제34권3호
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• pp.226-240
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• 2023

This paper provides an overview of the trends and future directions in the development of anode materials for solid oxide fuel cells (SOFCs) using hydrocarbons as fuel, with the aim of enabling a decentralized energy supply. Hydrocarbons (such as natural gas and biogas) offer promising alternatives to traditional energy sources, as their use in SOFCs can help meet the growing demands for energy. We cover several types of materials, including perovskite structures, high-entropy alloys, proton-conducting ceramic materials, anode on-cell catalyst reforming layers, and anode functional layers. In addition, we review the performance and long-term stability of cells based on these anode materials and assess their potential for commercial manufacturing processes. Finally, we present a model for enhancing the applicability of fuel cell-based power generation systems to assist in the realization of the H₂ economy as the best practice for enabling distributed energy. Overall, this study highlights the potential of SOFCs to make significant progress toward a sustainable and efficient energy future.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.221-226
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• 2015

Ru catalysts supported on $CeO_2$ were synthesized by an impregnation method and characterized by numerous analytical techniques including X-ray diffraction (XRD), Brunauer-Emmett-Teller (BET), transmission electron microscopy (TEM), and scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS). Upon utilization of these catalysts for methane dry reforming with a $CH_4/CO_2$ ratio of 1:1 at different temperatures ranging from 550 to $750^{\circ}C$, the $Ru/CeO_2$ catalysts have shown to be active. In particular, Ru(0.55wt%) supported on $CeO_2$ (1) prepared by a hydrothermal method exhibited excellent activity with the conversion of > 75% at $750^{\circ}C$. In addition, the catalyst also proved to be highly stable for at least 47 h without catalyst deactivation under the dry reforming conditions.

• 멤브레인
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• 제33권6호
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• pp.352-361
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• 2023

청정 연료인 수소를 생산하기 위해 현재 가장 널리 사용되는 기술인 증기 개질이다. 이 방법으로 생산된 수소는 일산화탄소와 같은 불순물을 함유하고 있어, 이를 연료전지와 같은 응용분야에 사용하기 위해서는 적절한 정제 과정을 반드시 거쳐야 한다. 최근 효과적인 정제 방법으로 분리막 기술이 각광받고 있다. 본 연구에서는 수소와 일산화탄소 혼합가스에서 수소 분리 및 회수를 위해 바이오가스 고질화용(biogas upgrading) 상용 폴리설폰(polysulfone) 고분자막의 활용 가능성에 대해서 평가하였다. 먼저, 사용한 상용막의 물리화학적 특성에 대해서 평가하였고, H₂/CO를 이용하여 stage-cut, 운전압력과 같은 다양한 조건에서의 상용막 모듈의 성능 평가를 진행하였다. 마지막으로, 평가 결과를 바탕으로 공정설계를 위한 시뮬레이션을 진행하였다. 본 연구에서의 상용 분리막 공정의 최대 H₂ 투과도와 H₂/CO 분리계수는 각각 361 GPU와 20.6을 기록하였다. 또한, CO 제거 효율은 최대 94%를 나타내었으며, 생산 수소 농도는 최대 99.1%를 달성하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제29권3호
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• pp.235-242
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• 2018

Hydrogen can be produced by reforming reaction of natural gas (NG) and biogas, or by water electrolysis. In this study, hydrogen production through water-electrolysis needs superheated steam above $700^{\circ}C$ for high efficiency. The production method of hydrogen like this was recommended for the 4-type processes for superheated steam ($700^{\circ}C$, 3 atm) by Bio-SRF combustion furnace. The 4-type processes to produce superheated steam at $700^{\circ}C$ from the heat source of SRF combustion furnace was simulated using PRO II. The optimum process was selected through exergy analysis. The difference of process 1 and 2 is to the order of depressure and heating process to change $180^{\circ}C$ and 7 atm to $700^{\circ}C$ and 3 atm. Process 3 and 4 is to utilize 25% of steam to generate superheated steam and remaining to use for the power generation by steam generator.