Hydrogen energy will be considered one of the most important energy carries for the future not only as raw material of petroleum chemical industry but also as the fuel of the fuel cell. The hydrogen production based upon the water electrolysis system combined renewable energy or atomic power energy is being watched as long-term hydrogen sources. Hydrogen from fossil fuel, especially natural gas steam reforming, is the economical mass production method at this time. But the cost of $CO_2$ reduction is added in the economic analysis of hydrogen production processes. Therefore many different results are suggested from these analyses about old processes, and modified schemes are studying for the efficient development. In this review, status for the technology of hydrogen production from natural gas are summarized.
Massive reserves of methane ($CH_4$) remain unexplored as a feedstock for the production of liquid fuels and chemicals, mainly because of the lack of economically suitable and sustainable strategies for selective oxidation of $CH_4$ to methanol. The present study demonstrates the bioconversion of $CH_4$ to methanol mediated by Type I methanotrophs, such as Methylomicrobium album and Methylomicrobium alcaliphilum. Furthermore, immobilization of a Type II methanotroph, Methylosinus sporium, was carried out using different encapsulation methods, employing sodium-alginate (Na-alginate) and silica gel. The encapsulated cells demonstrated higher stability for methanol production. The optimal pH, temperature, and agitation rate were determined to be pH 7.0, $30^{\circ}C$, and 175 rpm, respectively, using inoculum (1.5 mg of dry cell mass/ml) and 20% of $CH_4$ as a feed. Under these conditions, maximum methanol production (3.43 and 3.73 mM) by the encapsulated cells was recorded. Even after six cycles of reuse, the Na-alginate and silica gel encapsulated cells retained 61.8% and 51.6% of their initial efficiency for methanol production, respectively, in comparison with the efficiency of 11.5% observed in the case of free cells. These results suggest that encapsulation of methanotrophs is a promising approach to improve the stability of methanol production.
Emissoin of heavy duty vehicle have much positioned in air pollution although its limited number of vehicles. CNG vehicles are coming to the fore as one of the solution of diesel vehicles. CNG vehicles exhaust smaller emission than diesel vehicles on PM and NOx. In this study, aftertreatment technologies are introduced on vehicles which use CNG and hydrogenmixed fuel. Withmixing hydrogen with CNG, combustion efficiency is enhanced, and harmful emission might be decreased, but methane that is main component of CNG brings green house effect. In order to remove methane and NOx in exhaust gas of CNG engine, methane oxidation catalyst and SCR technologies were respectively analyzed.
The use of fossil fuel and biogas production causes air pollution and climate change problems. Research endeavors continue to focus on converting methane and carbon dioxide, which are the major causes of climate change, into quality energy sources. In this study, a novel plasma-carbon converter was proposed to convert biogas into high quality gas, which is linked to photovoltaic and wind power and which poses a problem on generating electric power continuously. The characteristics of conversion and gas production were investigated to find a possibility for biogas conversion, involving parametric tests according to the change in the main influence variables, such as O2/C ratio, total gas feed rate, and CO2/CH4 ratio. A higher O2/C ratio gave higher conversions of methane and carbon dioxide. Total gas feed rate showed maximum conversion at a certain specified value. When CO2/CH4 feed ratio was decreased, both conversions increased. As a result, the production of solar fuel by plasma oxidation destruction-carbon material gasification conversion, which was newly suggested in this study, could be known as a possibly useful technology. When O2/C ratio was 0.8 and CO2/CH4 was 0.67 while the total gas supply was at 40 L min-1 (VHSV = 1.37), the maximum conversions of carbon dioxide and methane were achieved. The results gave the highest production for hydrogen and carbon dioxide which were high-quality fuel.
To investigate the formation of the chromophoric structures taking place during the alkaline pulping vanillyl alcohol [${\alpha}-^{13}C$] guaiacylglycerol-${\beta}$-aryl ether [${\alpha}-^{13}C$ or ${\gamma}-^{13}C$] and phenylcoumarn [${\alpha}-^{13}C$] units as model lignins were treated with 1N sodium hydroxide at 165$^{\circ}C$ for 1.5-3 hours. From the chemical structures of the isolated products and $^{13}C$-NMR Spectra of the reaction mixtures, the main conclusion is as follows; 1) Condensation products of II-1-5 were identified from the reaction mixture of vanillyl alcohol treated with alkali and theses compounds afforded the quinonmethide structure(Fig. 3-7) by air oxidation. 2) Treatment of guaiacylglycerol-${\beta}$-aryl ether unit gave ${\varphi}$-aryl-${\beta}$-aroxy quinone structures (IV-15, IV-16), diguaiacyl-1, 4-penta-diene ${\beta}$, ${\beta}$'-diaroxyl distyrene methane unit, ${\beta}$-aroxy distyrene methane. These distyrene methanes of the compounds are transformed by air oxidation into the corresponding o-quinonemethide units (V-8, V-9). 3) On the treatment of phenylcoumaran, the stilbene derivative was formed in quantitative yield and dimerized(VI-11) in preference to oxidation to the corresponding extended quinone structures. The chromophoric structures taken place during the alkaline treatment of the model lignins are thought to be some important types in alkaline pulping on the basis of the reaction mechanism in this experiment.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.47
no.6
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pp.347-353
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2014
We present a synthesis of single-walled carbon nanotubes(SWNTs) for enhancement of parallel-alignment and density using chemical vapor deposition with methane feed gas. As-purchased ST-cut quartz substrates were heat-treated and line-patterned by electron-beam lithography in order to grow SWNTs with parallel alignment. We investigated the effects of various synthesis parameters such as catalyst oxidation, reduction, and synthesis conditions in order to enhance both tube density and degree of parallel alignment. The condition of $1{\AA}$ of Fe catalyst film, atmospheric oxidation at $750^{\circ}C$ for 10 min, reduction under 400 Torr for 5 min, and growth at $865^{\circ}C$ under 300 Torr yields $33tubes/10{\mu}m$, which is the highest tube density with parallel alignment. Based on the results of atomic force microscope and Raman spectroscopy, it was found that SWNTs have diameter range of 0.8-2.0 nm. We believe that the present work would contribute to the development of SWNTs-based flexible functional devices.
Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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v.32
no.1
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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.
Catalytic activities of the partial oxidation of methane (POM) to hydrogen were investigated over Pd(5)/Ti-SPK and Pd(5)/Zr-SPK in a fixed bed flow reactor (FBFR) under atmosphere, and the catalysts were characterized by BET, XPS, XRD. The BET surface areas, pore volume and pore width of Horvath-Kawaze, micro pore area and volume of t-plot of Pd(5)/Ti-SPK and Pd(5)/Zr-SPK were $284m^2/g$, $0.233cm^3/g$, 3.9 nm, $30m^2/g$, $0.015cm^3/g$ and $396m^2/g$, $0.324cm^3/g$, 3.7nm, $119m^2/g$, $0.055cm^3/g$, repectively. The nitrogen adsorption isotherms were type IV with hysteresis. XPS showed that Si 2p and O 1s core electronlevels of Ti-SPK and Zr-SPK substituted Ti and Zr shifted to slightly lower binding energies than SPK. The oxidation states of Pd on the surface of catalysts were $Pd^0$ and $Pd^{+2}$. XRD patterns showed that crystal structures of fresh catalyst changed amorphous into crystal phase after reaction. The conversion and selectivity of POM to hydrogen over Pd(5)/Ti-SPK and Pd(5)/Zr-SPK were 77, 84% and 78, 72%, respectively, at 973 K, $CH_4/O_2$ = 2, GHSV = $8.4{\times}10^4mL/g_{cat}{\cdot}h$ and were kept constant even after 3 days in stream. These results confirm superior activity, thermal stability, and physicochemical properties of catalyst in POM to hydrogen.
Seo, Ho Joon;Fan, Shijian;Kim, Yong Sung;Jung, Do Sung;Kang, Ung Il;Cho, Yeong Bok;Kim, Sang Chai;Kwon, Oh-Yun;Sunwoo, Chang Shin;Yu, Eui Yeon
Korean Chemical Engineering Research
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v.46
no.3
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pp.581-584
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2008
The catalyst carriers of the mesoporous layer compounds were prepared to carry out the partial oxidation of methane(POM) to hydrogen. The catalytic activities of POM to hydrogen were investigated over Ru(3)/SPK and Ru(3)/SPM catalyst in a fixed bed flow reactor under atmosphere. In addition, the catalysts and carriers were characterized by BET, TEM, TPR. The BET surface areas of the silica-pillared $H^+-kenyaite$(SPK) and the silica-pillared $H^+-magadite$(SPM) were $760m^2/g$ and $810m^2/g$, repectively, and the average pore sizes were 3.0 nm and 2.6 nm, repectively. The nitrogen adsorption isotherms were type IV with developed hysteresis. The TEM showed that the mesoporous layer compounds were formed well. The Ru(3)/SPK and the Ru(3)/SPM catalyst were obtained high hydrogen yields(90%, 87%), and were kept constant high hydrogen yields even about 60 hours at 973 K, $CH_4/O_2=2$, $1.25{\times}10^{-5}g-Cat.hr/ml$. The TPR peaks of Ru(3)/SPK and the Ru(3)/SPM catalyst showed the similar reducibilities around 453 K and 413 K. It could be suggested that SPK and SPM had the physicochemical properties as oxidation catalyst carries from these analysis data.
Aerobic CH4 oxidation is an important CH4 sink in landfills. To investigate the distribution and community diversity of methanotrophs and link with soil characteristics and operational parameters (e.g., concentrations of O2, CH4), cover soil samples were collected at different locations and depths from the Mengzi semi-aerobic landfill (SAL) in Yunnan Province of southern China. Specific PCR followed by denaturing gradient gel electrophoresis and realtime PCR were used to examine methanotrophs in the landfill cover soils. The results showed that different locations did harbor distinct methanotroph communities. Methanotrophs were more abundant in areas near the venting pipes because of the higher O2 concentrations. The depth of 20-25 cm, where the ratio of the CH4 to O2 was within the range from 1.3 to 8.6, was more conducive to the growth of CH4-oxidizing bacteria. Type II methanotrophs dominated in all samples compared with Type I methanotrophs, as evidenced by the high ratio of Type II to Type I methanotrophic copy numbers (from 1.76 to 11.60). The total copy numbers of methanotrophs detected were similar to other ecosystems, although the CH4 concentration was much higher in SAL cover soil. Methylobacter and Methylocystis were the most abundant Type I and Type II methanotrophs genera, respectively, in the Mengzi SAL. The results suggested that SALs could provide a special environment with both high concentrations of CH4 and O2 for methanotrophs, especially around the vertical venting pipes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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