The Sulfur-Iodine (SI) thermochemical hydrogen production process of a closed cycle consists of three sections, which are so called the Bunsen reaction section, the $H_2SO_4$ decomposition section and the HI decomposition section. To identify the role of oxygen that can be supplied to the Bunsen reaction section via the $H_2SO_4$ decomposition section, Bunsen reactions with a $SO_2,\;SO_2-O_2$ mixture and $SO_2-N_2$ mixture as feed gases were carried out using a stirred reactor in the presence of $I_2/H_2O$ mixture. As the results, the amounts of $I_2$ unreacted under the feed of mixture gases were higher than those under the feed of $SO_2$ gas only, and the amount of HI produced was relatively decreased. The results of Bunsen reaction using $SO_2-O_2$ mixture were similar to those using $SO_2-N_2$ mixture. It may be concluded that an oxygen in $SO_2-O_2$ mixture has a role as a carrier gas like a nitrogen in $SO_2-N_2$ mixture. The effects of oxygen were decreased with increasing temperature and decreasing oxygen content in $SO_2-O_2$ mixture.
본 논문에서는 국제적으로 개발 중인 초고온가스로와 연계하여 대량의 수소를 생산하기 위한 방안의 일환으로 국내에서 개발 중인 고온증기전기분해 시스템에 사용될 열교환기 재료의 고온증기 부식실험에 대해 소개하였다. 이를 위해 관련된 국내외 연구현황을 조사분석한 결과를 요약하여 소개하였으며 마지막으로 현재 수행중인 고온증기부식 연구의 실험조건 및 계획을 제시하였다. 실험 및 연구결과는 초고온가스로와 연계된 고온전기분해를 이용한 수소생산시스템의 개발에 활용될 예정이다.
The Sulfur-Iodine(SI) thermochemical hydrogen production process consists of three sections, which are so called the Bunsen reaction section, the $H_2SO_4$ decomposition section and the HI decomposition section. In order to identify the phase separation characteristics in the reaction conditions with the high solubility of $SO_2$, we conducted the Bunsen reaction at the low temperatures, ranging from 283 to 298K, with the $I_2/H_2O$ molar ratios of 2.5/16.0 and 3.5/16.0. The molar ratios of HI/$H_2SO_4$ products obtained from low temperature Bunsen reactions were ca. 2, indicating that there were no side reactions. The amount of reacted $SO_2$ was increased with decreasing the temperature, while the amounts of unreacted $I_2$ and $H_2O$ were decreased. In the phase separation of the products, the amount of a $H_2SO_4$ impurity in $HI_x$ phase was increased with decreasing the temperature, though the temperature has little affected on HI and $I_2$ impurities in $H_2SO_4$ phase.
Continuous increase of domestic meat consumption has inevitably increased generation of livestock manure and caused severe environmental impacts on ecosystem and human beings. This work produced biochar from cattle manure samples with different composting aging stages and investigated the properties of the produced biochar. The result of thermogravimetric analysis showed that thermal decomposition of the manure initiated at <600℃. The biochar yield was higher for the manure with a longer pre-composting period due to the elimination of microbially metabolized carbons during composting process. The result of FT-IR analysis showed that the number of surface functional groups were reduced during pyrolysis while enhancing the graphitic structures of the carbon framework. Manure samples tended to leach out N and P in leaching tests, with its amount higher for aged one than fresh one. However, their leaching was substantially suppressed when the manure was produced into biochar. In XPS spectra, it was found that N and P in the manure incorporated into biochar surface to form N-doped graphitic carbon and P-N-moieties, respectively. The findings of this work suggest that the thermochemical process can be of a viable option to valorize into biochar for potential environmental applications as well as to alleviate undesired nutrients loading to the environment.
전기와 천연가스와 같이 안정적이며 신뢰할 수 있는 에너지를 현대 사회가 요구하기 때문에 재생에너지와 화석연료의 장점들을 모두 보유하고 있는 다양한 방식의 태양열 하이브리드 공정들이 세계 각국에서 개발되고 있다. 특히 고체 입자에 태양열을 저장하는 유동층 기반의 태양열 하이브리드 공정은 기존의 유동층 연소 및 가스화에 적용할 수 있을 것으로 기대받고 있다. 이에 본 연구에서는 ASTM D5757 반응기와 0.14 m의 직경과 2 m 높이의 유동층 반응기를 이용하여 태양열 하이브리드 공정의 유동층물질로서 검토되고 있는 실리콘 카바이드, 알루미나 입자들의 마모 및 열전달 특성을 고찰하였다. 특히 다양한 상업 유동층 반응기에서 유동층물질로 이용되는 모래와 비교하였다. 실리콘카바이드와 알루미나의 내마모성은 모래보다 우수하였으며 평균 열전달 계수도 125 ~ 152 W m-2K-1 범위를 가지는 것으로 고찰되었다.
최근, 무탄소 에너지원(특히, 선박 및 혼소 발전), 고효율 청정 수소 저장 및 매개체로써 암모니아가 다시 각광받고 있다. 암모니아는 화학공학에서 매우 중요한 공정 중 하나인 Haber-Bosch 공정을 통해 합성할 수 있지만, 이 공정은 에너지 소비량이 높고 탄소 배출량 역시 높아, 기존 공정을 통해 암모니아를 합성할 시 탄소 저감 효과가 미미하다. 이러한 기존 공정의 치명적인 단점을 해결하기 위해 최근, 높은 에너지 효율로 탄소 배출이 적게 암모니아를 합성할 수 있는 열화학적 합성 방법이 많이 개발되고 있다. 소재측면에서는 기존 공정보다 완화된 공정 조건에서도 충분히 높은 암모니아 합성 성능을 보일 수 있는 고성능 촉매 소재를 개발하는 연구가 진행되고 있으며, 공정측면에서는 매체 순환식(chemical-looping) 합성 방법, 플라즈마 합성방법, 기계화학적 합성 방식 등 다양하게 적용되고 있다. 이번 총설에서는 최근 청정수소 저장을 효과적으로 저장하기 위해 어떤 암모니아 합성 기술들이 개발되고 있는지 자세히 소개하고자 한다.
HI decomposition reaction requires a catalyst for the efficient production of hydrogen as a key reaction for hydrogen production in sulfur-iodine thermochemical water-splitting (SI) cycle. As a catalyst used in the reaction, the performance of platinum catalyst is excellent. While, the platinum catalyst is not economical. Therefore, studies of a nickel catalyst that could replace platinum have been carried out. In this study, the characteristics of the catalytic HI decomposition on the amount of loaded nickel (Ni = 0.1, 0.5, 1, 3, 5, 10 wt%) were investigated. As the supported Ni amount increased up to 3 wt%, HI decomposition was found to increase in linear proportion. However, the conversion of $Ni/Al_2O_3$ catalyst loaded above 3 wt% was not linear. It was thought that the different HI decomposition characteristics was caused in the size and metal dispersion of Ni particles of catalyst. The physical property of catalyst before and after HI decomposition reaction was characterized by BET, chemisorption, XRD and SEM analysis.
초거대 자기 저항 물질인 페로브스카이트 L $a_{0.8}$C $a_{0.2}$Mn $O_3$의 분말을 졸-겔방법으로 제조하였다. Lanthanum(III), Calcium(II) 그리고 Manganese(III) 2,4-Pentanedionate를 Propionic acid와 methane떠 혼합용매를 사용하고 PEG (l5 wt%) 용액을 첨가 하여 안정한 졸용액을 합성하였고 FT-IR spectroscopy로 반응의 진행 정도를 관찰하였다. L $a_{0.8}$C $a_{0.2}$Mn $O_3$ 겔 분말에 대해 온도를 변화시키면서 열처리하여 FT-IR, CP/MAS $^{13}$C solid state NMR spectroscopy와 XRD등을 이용해 구조변화를 관찰하였다. 열분석은 TG/DTA로 측정하였으며, FE-SEM을 통해 입자크기와 균일도를 관찰하였고, 양이온 조성 비율을 알아보기 위해 ICP-AES를 측정하였다. 자성 특성을 규명하기 위해 VSM을 이용하여 자기 모멘트를 측정하였으며, 상자기성 에서 강자기성으로 전이되는 큐리온도( $T_{c}$)를 관찰하였다.
The objective of this work was to study the properties of purification of two liquid phase for exclusion of impurities in each phase. The experiments for process variables were carried out in the temperature range($H_{2}SO_{4}$ phase: $413{\sim}513$ K, $HI_{x}$ phase: $353{\sim}453$ K) and in the $N_{2}$ flow rate range($H_{2}SO_{4}$, $HI_{x}$ phase: $50{\sim}200$ mL/min). As the results, it is appeared that the principles of $H_{2}SO_{4}$ phase purification was due to stripping, evaporation and reverse bunsen reaction and $HI_{x}$ phase purification was due to stripping and reverse bunsen reaction. In purification of $H_{2}SO_{4}$ phase, the concentration rate of $H_{2}SO_{4}$ phase was controled by temperature but the temperature had few effects on yield of $H_{2}SO_{4}$. In purification of $HI_{x}$ phase, we observed products of side reactions($H_{2}S$, S) over 433 K. The purity of $HI_{x}$ phase was increased with increasing $N_{2}$ flow rate because impurites were decreased with increasing conversion of reverse reaction.
Alkaline water electrolysis has been commercialized as the only large-scale method for a long time to produce hydrogen and the technology is superior to other methods such as photochemical, thermochemical water splitting, and thermal decomposition method in view of efficiency and related technical problem. However, such conventional electrolyzer do not have high electric efficiency and productivity to apply to large scale hydrogen production for energy or chemical feedstocks. Solid polymer electrolyte water electrolysis using a perfluorocation exchange membrane as an $H^+$ ion conductor is considered to be a promising method, because of capability for operating at high current densities and low cell voltages. So, this is a good technology for the storage of electricity generated by photovoltaic power plants, wind generators and other energy conversion systems. One of the most important R&D topics in electrolyser is how to minimize cell voltage and maximize current density in order to increase the productivity of the electrolyzer. A commercialized technology is the hot press method which the film type electrocatalyst is hot-pressed to soild polymer membrane in order to eliminate the contact resistance. Various technologies, electrocatalyst formed over Nafion membrane surface by means of nonelectrolytic plating process, porous sintered metal(titanium powder) or titanium mesh coated with electrocatalyst, have been studied for preparation of membrane-electrocatalyst composites. In this study some experiments have been conducted at a solid polymer electrolyte water electrolyzer, which consisted of single cell stack with an electrode area of $25cm^2$ in a unipolar arrangement using titanium mesh coated with electrocatalyst.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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