• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.346-349
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• 2007

치밀한 $CuInSe_{2}$ (CIS) 태양전지용 광흡수층을 제조하기 위해 상용되는 출발물질을 이용하여 비진공방식인 paste coating 법으로 CIS 막을 제조하였다. 먼저 치밀한 CIS 막 제조를 위해 $Cu_{2}Se$의 액상 거동을 관찰하였다. 이러한 $Cu_{2}Se_{2}$의 액상거동을 위해 Se 분위기에서 Se 증발온도, 기판온도, 열처리시간 등을 다양하게 변화 시켰으며, Se 증발온도 $450^{\circ}C$, 기판온도 $550^{\circ}C$, 열처리시간 30분 그리고 수송가스 ($N_{2}$)를 20 sccm으로 최적조건을 형성하였다. 이러한 최적조건을 바탕으로 치밀한 CIS막을 위해 two-zone RIP (rapid temperature process) 방법으로 Se 분위기 안에서 셀렌화를 위한 열처리를 행하였다. 셀렌화를 위해 다양한 열처리시간에 따라 형성된 CIS 막은 CIS 광흡수층과 Mo 박막 사이에서 $MoSe_{2}$ 층이 형성되었지만, 균일한 CIS 막을 얻었으며 업자성장과 치밀화 거동을 관찰 하였다. 또한, CIS 막의 치밀화를 위해 Se 증발온도와 열처리시간을 고정하고 기판온도를 $600^{\circ}C$로 증가시켜 $Cu_{2}Se$의 액상거동을 관찰하였다. $600^{\circ}C$에서 형성된 CIS 막은 기판온도 $500^{\circ}C$의 시편보다 입자성장과 치밀화가 되었으나 기판으로 사용하는 soda-lime glass의 휨 현상이 발생하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.485-488
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• 2007

$SF_6$(sulfur hexafluoride)는 뛰어난 단열 및 아크방지능력(arc-extinguishingproperty)으로 인해, 전력용 변압기의 절연가스와 반도체${\cdot}$액정용 플라즈마 CVD로의 cleaning gas, 주물공장 covering gas 등으로 사용되고 있다. 하지만, $SF_6$의 지구온난화지수(global warming potential)는 $CO_2$대비 23,900배가 높아 기후변화에 미치는 영향이 $CO_2$보다 훨씬 크고, 대기 중 분해되지 않고 잔존하는 기간이 $CH_4$ 10년, $CO_2$ 및 CFCs는 100년으로 추정되는데 반해, $SF_6$는 3,200년으로 연간방출양이 작더라도 오랜 기간 누적되면 그 파장이 클 것으로 사료된다. 대부분의 가스 하이드레이트(고상결정상태)는 고압, 저온에서 형성가능 하지만, 불화가스에 대해서는 쉽게 결정화가 일어난다. $SF_6$는 3$^{\circ}C$, 2기압에서 고밀도 고상화가 되기 때문에 여러 기체와 흔합되어 있는 경우 $SF_6$만을 압축된 고상 결정상태를 형성, $SF_6$를 회수, 정제할 수 있으므로 불화가스 분리${\cdot}$회수에 기술적, 경제적 효과를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 하이드레이트 촉진제로서 계면활성제(promoter) 첨가에 따른 $SF_6$ 하이드레이트 형성 및 해리과정 실험을 통해 효율적인 $SF_6$ 저감에 관한 적용기술을 연구해 보았다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.589-593
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• 2007

재생 가능한 자원인 동식물성 기름을 원료로 제조되는 수송용 연료 바이오디젤은 낮은 대기오염물질 배출과 $CO_2$ Neutral 특성으로 환경친화적인 연료로 인정을 받으며 전세계적으로 그 생산량이 급격히 증가하고 있다. 대부분의 상용화 공정은 염기촉매를 이용한 전이에스테르화 반응에 근거하고 있으며 높은 생산성을 위해 연속 공정을 채택하고 있다. 원료유 중의 유리지방산(free fatty acid, FFA)은 염기 촉매와 반응하여 지방산염(Soap)과 수분을 생성하며 반응촉매의 투입양을 증가시카고 반응 후에 글리세롤과 지방산 메틸에스테르와의 분리를 어렵게 만든다. 높은 수율과 후속공정의 부하를 줄이기 위해서는 식물성 원료유 중의 FFA는 고체 산촉매 하에서 메탄올과 에스테르화 반응시켜 전환 제거되어야 한다. 본 연구에서는 고체산 촉매인 Amberlyst-15을 충전한 4단 PBR(Packed Bed Reactor, 충전율 60%(v/v))에서 반응시간과 반응온도에 따른 대두원유의 전처리 효율을 조사하였으며 최적 전처리 조건을 도출하였다. 최적 전처리 조건에서 대두원유는 초기 산가 1.6에서 0.4-0.6으로 연속 전처리할 수 있었다. 본 연구에서는 연속 흐름 반응기인 PFR(Plug Flow Reactor)와 4단 CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor)에서 균질계 촉매인 KOH 존재하에 대두유와 메탄올과의 전이에스테르화 반응 특성을 조사하였으며 각 연속 반응시스템에서 최적 운전 조건을 도출하였다. PFR 반응기에서 반응온도, 반응시간, 반응물 흐름방향, static mixer(SM) 개수에 따른 반응특성을 조사한 결과, PFR에서의 최적 반응조건은 하향류 흐름 방향과 3개의 SM를 설치한 조건에서 반응시간 5.8분, 반응온도 90$^{\cdot}C$, 메탄올:오일 몰비 9:1, KOH 농도 0.8%로 도출되었다. CSTR 반응기에서는 반응온도와 체류시간에 따른 반응특성을 조사하였으며 최적반응 조건으로 반응온도 80$^{\cdot}C$, 메탄올/오일 몰비 9:1, KOH 농도 0.8%, 체류시간 18.4분, 교반속도 250rpm로 조사되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
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• pp.399-402
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• 2006

현재까지 연료전지 전해질 막으로는 Nafion으로 잘 알려져 있는 perfluorosulfonic acid(PFSA)막이 주를 이루고 있다. 이 막들은 $80^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도의 연료전지에서 가장 좋은 성능을 보인다. PFSA 막들은 탄소-불소로 이루어진 사슬의 특성상 산화, 환원의 조건에서도 뛰어난 안정성을 보이며 이온 전도도가 0.1S/cm 이상으로 기존에 알려진 전해질 막들 중 가장 우수한 성능을 나타낸다. 하지만 연료전지의 작동온도가 $100^{\circ}C$ 이상의 높은 온도에서 는 막에 존재하던 수분이 제거되면서 수소이온 전도도가 떨어지며 기계적 물성도 떨어지는 문제점을나타낸다. $100^{\circ}C$ 이상의 온도에서 연료전지를 작동시키면 양쪽의 전극에서 일어나는 촉매반응의 속도가 향상되며, 물의 끓는점 이상에서 작동되므로, 전지 내에서 다양한 상을 고려하지 않고 기화된 물만을 고려하여 설계를 할 수가 있다. 따라서 최근 이러한 고온/저가습 운전을 위 한 전해질 막의 개발을 위해 기존의 Nafion 막에 전도성 무기 입자를 도입하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 전도성 무기 입자로서 $ZrO_2$나노입자를 합성하고, 이를 상용 10 wt.% Nafion 용액에 분산하여 solution casting 방법을 통해 $61{\mu}m$ 두께의 유기-무기 복합막을 제조하였다. 제조한 유기-무기 복합막의 성능 평가를 위하여 함수율, 이온 전도도, 당량무게 및 단위 전지를 이용한 전류-전압 곡선을 측정하여 상용 Nafion 112 막과 비교해 보았다. $ZrO_2$ 입자는 전도성이며 동시에 친수성을 나타내기 때문에 상용 막에 비하여 함수율 및 수소이온 전도도가 우수하게 나타났다. 복합막의 이러한 물성은 $100^{\circ}C$이상의 고온에서 전해질 막 내의 물 관리를 용이하게 한다. 단위 전지 운전 온도 $130^{\circ}C$, 상대습도 37%의 운전 조건에서도 상당히 우수한 전지 성능을 보임에 따라 고온/저가습 조건에서 상용 Nafion 112 막보다 우수한 막 특성을 나타냄을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.33-36
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• 2009

고효율 양자점 태양전지를 위하여 $Si_{1-x}C_x$ 박막 내에 Si 양자점을 형성한 박막을 제작하고 그 특성을 분석하였다. $Si_{1-x}C_x$ 박막은 Si과 C target을 co-sputtering하여 증착하였다. C target의 RF power를 변화시켜 $Si_{1-x}C_x$ 박막의 조성비를 조절하였으며, 조성비는 auger electron spectroscopy로 정량적으로 측정하였다. 이 박막들을 질소 분위기에서 후 열처리하여 high resolution transmittance electron microscopy로 확인한 결과 박막 내에 2~10nm 크기의 양자점이 형성된 것을 관측할 수 있었다. 이 양자점은 transmittance electron diffraction과 grazing incident X-ray diffraction을 통해 Si 양자점과 SiC 양자점이 형성되었음을 알 수 있었다. Raman 측정 결과에서는 후 열처리한 $Si_{1-x}C_x$ 박막의 조성비가 증가할 수록 crystal Si peak의 shift가 증가함을 알 수 있었고, 이를 통해 양자점의 크기도 함께 계산할 수 있었다. Fourier transform infrared spectroscopy을 통해 후 열처리한 Si1-xCx 박막의 양자점의 형성 원인을 추정하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.698-698
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• 2009

화력발전이 많은 비중을 차지하는 전력생산 산업은 온실가스($CO_2$)의 최대 배출 원으로 알려져 있으며 증가하는 전력 수요 뿐 만 아니라 다가오는 기후변화협약에 대응하기 위하여 $CO_2$ 회수 및 공정 개선에 관한 연구가 많이 수행되고 있다. 특히 현재 연구되고 있는 전력분야의 대표적인 $CO_2$ 회수기술은 연소 후 포집(Post-combustion capture), 순산소 연소(Oxy-fuel combustion), 연소전 탈탄소화(Pre-combustion) 3가지로 구분된다. 이중 연소전 탈탄소화 기술은 석탄가스화복합발전(IGCC) 기술과 연계하여 $CO_2$를 회수할 수 있는 방법으로 가스화 된 석탄가스에 Water-Gas Shift 반응과, $CO_2$ 분리로 얻어진 탈 탄소 연료를 통해서 전력을 생산한다. 이 기술의 핵심은 생성된 $CO_2/H_2$ 복합가스로부터 $CO_2$를 분리하는 공정으로 차세대 회수 기술로는 Membrance Reactor, SOFC, Oxygen Ion Transfer Membrane(OTM), 그리고 가스 하이드레이트가 있다. 이중 가스 하이드레이트는 $CO_2$의 회수 뿐 만 아니라 처리 기술에도 적용 가능하지만 우리나라에는 이에 관한 기술이 전무한 형편이다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성원리를 이용하여 정온 정압 조건에서 $CO_2/H_2$ 하이드레이트를 제조하였으며 특히, 하이드레이트 형성 촉진제인 THF(Tetrahydrofuran)를 첨가하여 THF 농도에 따른 상평형 및 속도론 실험을 수행 하였다. 이러한 연구는 연소전 탄소화 기술에서의 $CO_2$ 회수 분리에 대한 핵심 연구임과 동시에 탄소배출권 규제에 실질적인 기여를 할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.497-500
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• 2007

지열류량은 지열자원 개발 시 지열 이상대를 찾는데 있어서 중요한 자료로 사용된다. 우리나라의 지체구조별 지열류량 평균은 경기육괴 66 $mW/m^2$, 옥천습곡대 65 $mW/m^2$, 영남육괴 60 $mW/m^2$, 경상분지 72 $mW/m^2$, 연일분지 75 $mW/m^2$이다. 이러한 대륙 내의 지표 지열류량은 상부 지각내의 방사성 동위원소 붕괴에 의한 열생산율(${\sim}40%$)과 하부지각 및 상부맨틀에서부터 전도되어 올라온 지열류량(${\sim}60%$)으로 설명할 수 있다. 따라서 지열류량의 결정에 있어서 열생산율의 정보는 중요한 부분을 차지한다. 열생산율은 지각 내에 존재하는 주요 방사성 동위 원소인 U, Th, K의 붕괴열에 의한 것이며, 열생산율의 측정은 gamma-ray log 자료를 이용하는 방법과 화학분석을 통한 방법이 있다. 이 연구에서는 두 가지 방법을 이용하여 총 123개(화강암 86개, 편마암 37개) 지점에서의 열생산율을 산출하였다. 화강암의 열생산율 평균은 2.15 ${\mu}W/m^3$이며, 편마암의 열생산율 평균은 2.22 ${\mu}W/m^3$로 나타났다. 지체구조별 열생산율의 평균은 경기육괴 2.52 ${\mu}W/m^3$, 옥천습곡대 2.16 ${\mu}W/m^3$, 영남육괴 2.35 ${\mu}W/m^3$, 경상분지 2.01 ${\mu}W/m^3$로 나타났다. 지체 구조별 열생산율과 지열류량의 상관성 분석에서 우리나라의 경우 지열류량이 높은 지역에서 열생산율이 낮은 경향을 보인다. 따라서 열생산율이 지표 지열류량을 결정하는데 있어서 가장 중요한 요소가 아님을 확인할 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.649-653
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• 2007

국제 원유가의 지속적인 상승에 따라 화석연료 고갈을 대비한 대체에너지 빛 온실가스배출감소를 위하여 바이오연료의 사용 및 상용보급은 전세계적인 추세이다. 우리나라의 경우 바이오디젤은 2002년부터 시범보급사업(Demonstration & dissemination)을 거쳐 2006년 7월부터 전국주유소를 통하여 경유 중에 바이오디젤 0.5%를 혼합한 BDO.5를 수송용 연료로 도입하여 아시아 최초로 상용보급화를 시행하고 있다. 또한 휘발유 중 바이오에탄올 혼합 연료유 도입을 위한 실증평가연구를 2006년 8월부터 2008년 7월까지 수행중이다. 자동차용 휘발유의 옥탄가 향상을 위해 함산소 기재로 사용되는 MTBE(Methyl Tertiary Butyl Ether)를 바이오에탄올로 대체한 바이오에탄올 혼합연료유는 수분 혼입에 의한 상 분리(Phase separation)와 금속에 대한 부식성 문제를 야기 시킬 수 있다. 바이오에탄올을 서브옥탄가솔린(Sub-octane gasoline)에 혼합하여 상 분리 모사실험, 금속류 부식시험, 고무류 침지실험 등 다양한 품질특성평가를 수행하였으며, 이런 결과들을 바탕으로 국내실정에 알맞은 최적의 혼합량(E3, E5)을 도출하였다. 또한 전국에 4개 시범주유소를 운영하여 바이오에탄올 혼합 연료유의 유통 및 보급을 통해 최적의 유통인프라(Distribution infrastructure) 보완 및 구축 방안을 도출 하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.546-549
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• 2007

지열 냉난방 시스템의 설계는 냉난방 공간의 크기에 따라 필요한 부하를 계산하여 설계하게된 다. 설계 부하를 충분히 소화할 수 있는 지열교환기의 길이와 보어홀의 깊이 및 개수는 지반의 열적 특성에 크게 좌우된다. 열전도율이 큰 지반일수록 지열교환기 내의 열 흡수 및 소산이 효과적으로 이루어져 지열교환기의 길이도 상대적으로 짧아질 수 있다. 즉, 효율적이고 정확한 설계를 하기 위해서는 지반, 암반 및 지중열교환기의 물리적 특성에 따른 열적 특성을 설계자는 미리 숙지하여야 한다. 현재 국내에서 수직 밀폐형 지중열교환기의 그라우트로 벤토나이트를 가장 많이 사용하고 있으나, 해외의 경우 지중 조건에 따라 시멘트 또는 벤토나이트를 적절히 선택하여 시공하고 있다. 이는 벤토나이트의 특성상 적용 조건이 제약을 받기 때문이며, 특히 지하수가 존재하지 않을 경우 사용이 사실상 불가능하다. 국내에서 이에 대한 충분한 연구는 아직 이루어지지 않았으며, 시멘트 그라우트를 사용하기 위한 물리적, 열적 특성에 대한 연구가 필요한 시점이라 판단하여 본 연구를 수행하였다. 시멘트 그라우트의 경우 수화반응이 일어나는 초기의 건조수축을 최소화하는 배합비로 물성을 구성하였으며, 벤토나이트는 일반 현장 시공 비율을 사용하였다. 열전도율은 첫째 실내 시험으로 시멘트 그라우트에 대한 열판시험법과 벤토나이트 그라우트에 대한 탐침시험법으로 수행하여 구하였으며, 두 번째 방법인 현장 시공으로 직접 현장열응답시험을 수행하여 그라우트 간의 열적 특성을 비교하였다. 또한 기존 시멘트그라우트의 열적 특성을 개량한 코오롱건설에서 개발한 시멘트 그라우트에 대한 열적 거동도 기존 타 그라우트의 열적 거동과 비교하였으며, 개발 제품의 성능이 상당히 우수함을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.213-216
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• 2009

WGS(Water Gas Shift)반응은 일산화탄소(CO)를 이산화탄소($CO_2$)로 전환하는 반응으로 일체형 수소생산시스템의 실현을 위한 고순도 수소생산에 있어서 중요한 단계이다. WGS 반응은 열역학적 평형을 고려하여 고온전이반응(HTS: High Temperature Shift)과 저온전이반응(LTS: Low Temperature Shift) 두 단계 반응으로 진행된다. 두 단계 공정의 통합을 위해 낮은 온도에서 높은 활성을 갖는 WGS 반응용 촉매 개발이 필요하다. 최근 낮은 온도에서 높은 활성을 갖는 귀금속 촉매에 다양한 담체를 적용시킨 연구가 활발히 진행되고 있다. 선행 연구 결과, Ce-$ZrO_2$ 구조는 Ce/Zr 비에 따라 다양한 특성 변화를 관찰하였다. 따라서 낮은 온도에서 높은 활성을 갖는 WGS 반응용 촉매 제조를 위해 환원성 담체인 $CeZrO_2$에 Pt 을 담지시켜 성능을 평가하였다. 제조된 모든 담체는 공침법(Co-precipitation)으로 제조 하였으며 $500^{\circ}C$에서 6시간 소성하였다. 제조된 담체에 백금(Pt)을 함침법(Incipient Wetness Impregnate)으로 담지시켰다. 특성분석은 BET를 이용하여 표면적을 측정하였다. 촉매 반응 실험조건은 $200^{\circ}C{\sim}400^{\circ}C$ 온도범위에서 기체공간속도(GHSV: Gas Hourly Space Velocity) 45,000 ml/$h{\cdot}g-cat$ 으로 혼합가스($H_2$:60%, $N_2$:20%,$CH_4$:1%,CO:9%,$CO_2$:10%)를 흘려 반응 후 배출되는 가스를 Micro-Gas Chromatography 를 이용하여 측정하였다.