• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.111.1-111.1
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• 2010

석탄가스화복합발전(IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle)의 고온 고압 합성가스로부터 $CO_2$를 저비용으로 포집하기 위한 연소전 포집 기술 중 유동층 촉진수성가스전환(SEWGS) 공정이 제안되어 연구개발 중에 있다. 연소전 $CO_2$ 포집을 위한 SEWGS 공정은 동일한 2탑 순환 유동층 반응기에서 고온 고압의 합성가스($H_2$, CO)를 유동층 WGS 촉매를 사용하여 CO를 $CO_2$로 전환하는 동시에 전환반응으로 생성된 $CO_2$를 흡수제를 이용하여 포집하는 기술이다. 본 연구는 $CO_2$ 회수와 WGS 반응이 동시에 이루어지는 공정에 적용 가능한 건식 재생 흡수제 및 유동층 WGS 촉매 개발을 목표로 $CO_2$ 흡수제(P Series) 및 WGS 촉매(PC Series) 조성을 제안하고 분무건조기를 이용하여 6~8kg/batch로 성형 제조하였다. 제조된 $CO_2$ 흡수제 및 촉매의 특성 평가 결과 내마모도(Attrition resistance)를 포함한 물리적 특성이 유동층 공정의 요구조건을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 모사 석탄 합성가스를 이용하여 20bar, $200^{\circ}C$ 흡수/$400^{\circ}C$ 재생 조건에서 열중량 분석기(TGA) 및 가압 유동층(Fluidized-bed) 반응기를 통한 흡수제의 $CO_2$ 흡수능 평가를 수행하였다. 그 결과 내마모도(AI) 3% 이하로 기계적 강도가 우수하며, $CO_2$ 흡수능 17.6 wt%(TGA) 및 11wt%(가압 유동층)를 나타냈다. 유동층 WGS 특성 평가 결과 내마모도가 7~35%로 우수하였고, CO 전환율은 $200^{\circ}C$에서 80% 이상으로, 유동층 SEWGS 공정에 적용 가능한 특성을 확인하였다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2003년도 생물공학의 동향(XIII)
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• pp.422-427
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• 2003

Rhodopseudomonas palustris P4 can produce $H_2$ either from CO by water-gas shift reaction or from various sugars by anaerobic fermentation. Fermentative $H_2$ production by P4 is fast, but its yield is relatively low due to the formation of various organic acids. In order to increase $H_2$ production yield from glucose, P4 was investigated for the photo-fermentation of acetate which is a major by-product of fermentative $H_2$ production. Experiments were performed in batch modes using both light-grown and dark-grown cells. When the dark-grown P4 was challenged with light and acetate, $H_2$ was produced with the consumption of acetate after a lag period of 25 h. $H_2$ production was inhibited when a nitrogen source, especially ammonium, is present. When the dark-fermentation broth containing acetate was adopted for photo-fermentation with light-grown cells, $H_2$ production and concomitant acetate consumption occurred without a lag period. The $H_2$ yield was estimated as 2.4 - 2.8 mol $H_2/mol$ acetate and the specific $H_2$ production rate was as 9.8 ml $H_2/g$ cell${\cdot}$h, The fact that a single strain can perform both dark- and light-fermentation gives a great advantage in process development Compared to a one-step dark-fermentation, the combined dark- and light-fermentation can increase the $H_2$ production yield on glucose by two-fold.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.130-131
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• 2013

Nanostructured oxides are widely used in heterogeneous catalysis where their catalytic properties are closely associated with the size and morphology at nanometer level. The effect of particle size has been well decumented in the past two decades, but the shape of the nanoparticles has rarely been concerned. Here we illustrate that the redox and acidic-basic properties of oxides are largely dependent on their shapes by taking $Co_3O_4$, $Fe_2O_3$, $CeO_2$ and $La_2O_3$ nanorods as typical examples. The catalytic activities of these rod-shaped oxides are mainly governed by the nature of the exposed crystal planes. For instance, the predominant presence of {110} planes which are rich in active $Co^{3+}$ on $Co_3O_4$ nanorods led to a much higher activity for CO oxidation than the nanoparticles that mainly exposed the {111} planes. The simultaneous exposure of iron and oxygen ions on the surface of $Fe_2O_3$ nanorods have significantly enhanced the adsorption and activation of NO and thereby promoted the efficiency of DeNOx process. Moreover, the exposed surface planes of these rod-shaped oxides mediated the reaction performance of the integrated metal-oxide catalysts. Au/$CeO_2$ catalysts exhibited outstanding stability under water-gas shift conditions owing to the strong bonding of gold particle on the $CeO_2$ nanorods where the formed gold-ceria interface was resistant towards sintering. Cu nanoparticles dispersed on $La_2O_3$ nanorods efficiently catalyzed transfer dehydrogenation of primary aliphatic alcohols based on the uniue role of the exposed {110} planes on the support. Morphology control at nanometer level allows preferential exposure of the catalytically active sites, providing a new stragegy for the design of highly efficient nanostructured catalysts.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 2010년도 춘계학술 발표회
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• pp.192-192
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• 2010

현재 산업과 과학의 발달로 인한 무분별한 화석연료의 사용은 에너지자원의 고갈과 환경오염의 문제를 야기시켜, 이의 해결을 위한 청정 신에너지에 대한 연구가 전 세계적으로 집중되고 있다. 이 중 바이오매스는 화석연료보다 비교적 높은 H/C 비를 갖기 때문에 신에너지인 수소 또는 Syngas를 생산하기 위한 가스화 특성이 우수한 특징을 가지고 있으며, 구성성분 내 중금속, 황, 질소를 거의 함유하지 않는 점에서 환경오염 저감과 동시에 대체 신에너지로써 각광을 받고 있다. 이에 본 연구에서는 목질계 바이오매스인 Wood pellet (미송)에 대하여 고정층 반응기를 이용하여 질소분위기하에서 온도 및 Steam/Biomass Ratio(이하 SBR) 조건에 따른 가스화 특성으로 고찰하는데 그 목적을 둔다. 온도의 영향에 대하여, 높은 온도 범위에서 수소 수율이 증가함을 알 수 있었다. SBR에 대한 영향으로서, 저온 (700, $800^{\circ}C$)에서는 SBR=1에서는 수소의 수율이 증가하였으나 SBR=2, 3에서 감소하는 것을 보였다. 하지만 $900^{\circ}C$에서는 SBR이 증가 할수록 수소의 수율이 증가하는 것으로 나타났다. 또한 볼륨비로 나타내었을 경우 $H_2/CO(vol/vol)$의 경우 $900^{\circ}C$, SBR=3에서 0.73%로 water gas shift reaction이 가장 잘 일어난 것을 확인했고, $H_2/CH_4(vol/vol)$의 경우 마찬가지로 위의 조건과 동일조건에서 2.59%로 steam reforming이 가장 잘 일어난 것을 확인할 수 있었다. 최종적으로 본 실험에서는 $900^{\circ}C$, SBR=3인 경우에 가장 높은 수소수율을 얻을 수 있으며, 이때 수소의 수율은 32.7 Vol%였다.

• 에너지공학
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• 제2권2호
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• pp.200-207
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• 1993

본 논문은 5.9kW급 인산형 연료전지 발전시스템의 운전에 필요한 메탄올 연료개질기의 설계와 이의 운전 특성에 관한 것이다. 연료개질장치는 메탄올을 연소용 및 개질용연료로 사용하며, 개 질 반응 촉매는 CuO-ZnO계를 사용하고, 개질 반응기는 단일 환형 반응기 형태로 설계하였다. 개질 장치의 일산화탄소 생성 특성은 전체적으로 이론적인 평형값에는 도달하지 못하였으나, 반응온도가 증가할수록 농도가 증가하였으며, 개질 연료의 물/메탄올 몰비가 증가하면 감소하였다. 정격운전에서 촉매반응기의 축방향 온도분포는 이론적인 값과 잘 일치하였으며, 운전 개시후 50분 훈에 정상 운전이 가능하였다. 개질 시스템의 효율은 정격운전에서는 72.3%, 1/4 부하에서는 77%로 부하가 증가할수록 효율은 감소하였다. 개질기를 연료전지 본체와 연계운전시 개질기에 개질용 메탄올 및 연소용 메탄올의 공급유량이 각각 88.1 mol/h, 50.0mol/h 인 경우 정격전압인 37.6V의 전안에서 안정적인 5.5 kWh의 전력을 생산 할 수 있었다.

• 청정기술
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• 제17권2호
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• pp.166-174
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• 2011

지지체의 구성비가 일산화탄소 산화반응에 미치는 영향을 조사하기 위하여 다양한 몰 비의 Al/(Al+Ce) 산화물을 공침법으로 제조하고 백금을 담지한 촉매를 함침법으로 제조하였다. 제조한 촉매의 물리 화학적 특성을 알아보고 반응 활성과 연관시키기 위하여 X-선 회절분석(XRD), 질소 흡착 탈착분석($N_2$ sorption), 수소/일산화탄소-승온환원분석($H_2$/CO-TPR)의 특성분석을 수행하였다. Pt/xAl-yCe 촉매에서 지지체의 몰 비에 따른 최적 활성을 조사한 결과, 건식 및 습식 반응조건에서 Pt/1Al-9Ce 촉매가 가장 좋은 활성을 나타냈으며, 이를 기준으로 회산형 형태의 반응 곡선을 나타냈다. 반응물에 5%의 수분이 존재 할 때, 50%의 전환율 온도가 건조 반응조건에서의 활성보다 약 $30^{\circ}C$ 저온으로 이동하였다. CO-TPR 분석에서Pt/1Al-9Ce 촉매 상의 이산화탄소 탈착피크가 가장 크게 관찰되었고, CO-TPR 결과는 반응결과와 잘 일치하였다. 이는 다른 촉매에 비해 Pt/1Al-9Ce 촉매의 표면 흡착점이 가장 많고 지지체로부터 산소공급이 용이함을 의미한다. 또한 $^{27}Al$ NMR 분석에서 오면체로 배위된 $Al^{3+}$ 점의 양과 반응 활성이 비례관계에 있음을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제62권1호
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• pp.36-43
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• 2024

폐어망은 해양 플라스틱 폐기물의 50% 이상을 차지하며, 해양생태계를 파괴하는 주요 원인으로 지목되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 폐어망은 소각, 매립, 기계적 재활용 등의 방법으로 처리되고 있으나, 부가가치가 낮은 제품으로 재활용되며, 오염 물질을 배출한다는 한계가 존재한다. 하지만 플라스틱 고분자로 구성된 폐어망은 열분해 방법을 통해 처리할 경우, 합성가스 및 열분해유와 같은 유용한 자원으로 재활용할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 CO₂ 기반에서 폐어망을 촉매 열분해하여 고순도의 H₂를 생산하는 공정을 제안하였다. 제안된 공정은 다음 3단계로 구성된다. 첫째, 전처리 된 폐어망을 CO₂ 기반 하 Ni/SiO₂ 촉매 열분해 반응을 통해 합성가스 및 열분해유를 생산한다. 둘째, 생성된 열분해유를 연소시켜 열분해 반응의 에너지원으로 재사용한다. 마지막으로, 합성가스를 WGS (Water-Gas-Shift) 및 PSA (Pressure Swing Adsorption)를 통해 고순도의 H₂로 전환한다. 본 연구에서는 제안된 공정의 열분해 결과를 일반적인 열분해 조건인 기존 N₂ 기반 열분해 결과와 비교하였다. 시뮬레이션 결과, 폐어망 500 kg/h을 열분해 시 N₂ 기반에서는 2.933 kmol/h의 고순도 H₂를, CO₂ 기반에서는 3.605 kmol/h 의 고순도 H₂를 생산 가능했다. CO₂ 기반 폐어망 열분해에서 CO 생산이 향상되어 최종적으로 H₂ 생산량이 증대된 결과가 도출되었다. 또한 폐어망 열분해 시 CO₂ 기반에서는 공정 운전 과정에서 배출되는 CO₂를 포집 후 활용함으로써, N₂ 기반 열분해에 비해 CO₂ 배출량을 89.8% 줄일 수 있었다. 연구 결과를 바탕으로 CO₂ 기반에서의 제안 공정은 폐어망 재활용과 더불어 친환경적인 수소 연료생산이라는 목표를 달성할 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권3호
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• pp.173-179
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• 2016

본 연구에서는 전산유체역학 상용코드를 이용하여 수소 개질기의 곡유로 채널형에 대하여 수치해석적 연구를 수행하였다. 선행연구모델에 대한 수치해석 모델과 다른 관 형태의 곡유로 채널을 모델링하여 수치해석적으로 비교하였다. 4가지 타입의 곡유로 채널형 개질기의 수치해석 결과 메탄올 전환율은 타입1~4까지 각각 45.0%, 45.3%, 45.6%, 45.6%로 ${\pm}0.6%$ 포인트의 차이로 거의 차이가 없음을 나타내었다. 유동특성에 대해서는 사각타입의 관과 45도 곡관의 각도를 가지는 타입2에서 상대적으로 가장 균일한 유동 특성 및 메탄올 농도 분포를 보였으며, 원형타입의 관과 90도 곡관의 각도를 가지는 타입3에서 상대적으로 가장 불균일한 유동특성 및 메탄올 농도분포 특성을 나타내었다. 곡유로 채널형 개질기의 설계 시에는 45도 곡관의 각도를 가지는 타입과 같이 사각타입의 관과 45에 가까운 곡관의 각도를 가지도록 설계해야 한다는 결과에 도달하였다.

• 청정기술
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• 제23권1호
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• pp.104-112
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• 2017

해조류로부터 수열 액화 반응을 통해 생성된 원료를 이용하여 수소가스를 생산하기 위해 개질 반응용 상용화 촉매와 $K_2Ti_xO_y$가 첨가된 니켈(Ni) 제조 촉매를 사용하여 반응온도에 따른 수증기 개질 반응을 수행하였다. 반응원료는 해조류 바이오매스를 503 K의 반응온도에서 2시간 동안 수열 액화를 통해 생성된 액화 원료를 사용하였으며, 상용화 촉매(FCR-4-02)와 제조 촉매($Ni/K_2Ti_xO_y-Al_2O_3$, $Ni/K_2Ti_xO_y-SiO_2$, $Ni/K_2Ti_xO_y-ZrO_2/CeO_2$, Ni/$K_2Ti_xO_y$-MgO) 및 반응온도에 따른 수증기 개질 반응의 활성을 비교 연구하였다. 실험결과 제조 촉매 4종 모두 상용화 촉매와 비교하여 반응활성이 높게 나타나는 것이 확인되었으며, 제조 촉매의 지지체에 따라 생성되는 가스의 조성이 달라지는 것이 확인되었다. 특히, 산성이나 염기성을 띄는 $Al_2O_3$와 MgO의 지지체와 중성을 띄는 $SiO_2$의 지지체에서는 CO가 선택적으로 높게 생성이 되었으며 환원성을 띄는 $CeO_2$를 포함하는 지지체에서는 수성가스 전환 반응이 일어나 $CO_2$가 높게 생성됨을 보였다.

• 에너지공학
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• 제19권4호
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• pp.215-220
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• 2010

근래의 무분별한 화석연료의 사용은 에너지자원의 고갈과 환경오염의 문제를 야기하여 이의 해결을 위한 청정신에너지에 대한 연구가 전 세계적으로 집중되고 있다. 이 중 바이오매스는 화석연료보다 비교적 높은 H/C비를 갖기 때문에 신에너지인 수소 또는 Syngas를 생산하기 위한 가스화 특성이 우수한 특징을 가지고 있으며, 구성성분 내 중금속, 타르 질소를 거의 함유하지 않는 점에서 환경오염 저감과 동시에 대체 신에너지로써 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 목질계 바이오매스인 Wood pellet에 대하여 고정층 반응기를 이용하여 질소 분위기하에서 온도 및 Steam/Biomass Ratio(SBR)조건 변화에 따른 가스화 특성으로 고찰하는데 그 목적을 둔다. 온도의 영향에 대하여, 높은 온도 범위에서 수소 수율이 증가함을 알 수 있었다. SBR에 대한 영향으로서, 상대적 저온 조건에서는 SBR이 1 이상인 조건에서는 수소 수율이 거의 일정한 경향을 보였고, $900^{\circ}C$의 고온에서는 SBR 증가에 따라 증가하는 결과를 얻었다. 또한 $H_2$/CO ratio에 비하여 $H_2/CH_4$ ratio의 변화가 더 큰 결과로부터, 본 실험 조건에서의 반응은 Steam reforming이 Water gas shift reaction 보다 더욱 지배적임을 확인하였다. 최적의 $H_2$ 수율 생산 조건은 열분해의 경우 $800^{\circ}C$이며, 저온 스팀가스화의 경우에는 SBR=1, $900^{\circ}C$의 고온인 경우에는 SBR=3 이었으며, 최대 수소 수율은 $900^{\circ}C$, SBR=3의 조건에서 38.5 vol.%(56.01 L/min kg) 이었다.