• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권8호
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• pp.552-561
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• 2018

화석연료의 고갈과 환경문제를 대응하기 위한 대체에너지 중 재생가능하고 탄소중립(Carbon-neutral)자원인 바이오매스 (Biomass)를 연료로 이용하는 연구가 진행되고 있다. 바이오매스를 사용하는 대부분의 에너지 생산 시스템은 열화학전환방법이 대표적이다. 이 가운데 가스화 기술을 이용해 합성가스 (syngas)를 생산해 보일러나 엔진 등에 적용하여 열과 전기를 생산한다. 하지만 합성가스 (syngas)를 생산하는 과정에서 타르 (tar)가 발생되며 낮은 온도에서 응축되기 때문에 배관 및 엔진 등에 막힘 현상을 일으켜 공정 효율을 감소시키는 문제를 야기한다. 타르를 제거하기 위해 대부분의 가스화 공정에서 물을 이용한 wet scrubber를 사용하고 있는데 효율이 낮은 문제점이 있다. 이에 본 연구에서는 물과 oily material (soybean oil, waste cooking oil, mineral oil)을 이용하여 제거효율이 높은 순으로 나타내자면 Soybean oil>Waste Cooking Oil>Mineral oil>Water 순서로 나타났고 제거효율은 각각 약 97%, 약 70%, 약 63%, 약 30%의 효율을 보여주었으며 식물성 오일 종류인 soybean oil을 사용하였을 때 타르 제거 효율이 가장 높았다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.83-89
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• 2011

Diesel engines can produce higher fuel efficiency and lower $CO_2$ emission, they are subject to ever more stringent emission regulation. However, there are two major emission concerns fo diesel engines like such as particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx). Moreover, it is not easy to satisfy the regulations on the emission of NOx and PM, which are getting more strengthened. One of the solutions is to apply the new combustion concept using multistage injection such as HCCI and PCCI. The other solution is to apply after-treatment systems. For example, lean NOx trap catalyst, Urea-SCR and others have various advantages and disadvantages Especially, Urea-SCR system have advantages such as a high conversion efficiency and a wide operation conditions. Hence the key factor to implementation of Urea-SCR technology, good mixing of urea(Ammonia) and gas, reducing Ammonia slip. Urea mixer components are required to facilitate evaporation and mixing because the liquid state of urea poses significant barriers for evaporation, and the distance to mixer is the most critical that affect mixer performance. In this study, to find out the distance from injector to mixer and simulation factor, a laser diagnostics and high speed camera are used to analyze urea injector spray characteristics and to present a distribution of urea solution in transparent manifold In addition, Droplet Uniformity Index is calculated from the acquired images by using image processing method to clarify the distribution of spray.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권7호
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• pp.1067-1073
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• 2021

선박으로부터 발생하는 온실가스 배출을 저감하기 위한 규제가 점차 강화되고 있다. 현존선에서도 EEXI(Energy Efficiency Existing Index)가 도입되었으며 이와 같은 온실가스 배출 감축목표를 달성하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 국제항해에 종사하는 현존선 중 자동차운반선에 태양광 발전시스템을 적용하여 연료유 사용량을 줄임으로써 온실가스 배출이 저감될 수 있는 시스템을 제안하였다. 제안된 태양광 발전시스템은 태양광 모듈, 에너지저장시스템, 전력변환장치 등으로 구성되었으며, 본 시스템의 적용 가능성을 확인하기 위해 전력전자프로그램을 통해 시스템을 모델링하였으며, 시뮬레이션을 실시하였다. 또한, 실제 선박에 적용하기 위한 타당성 검증을 위해 경제성 분석을 실시하였으며, 약 11년 이후 경제성 부분에서도 유의미한 결과가 도출됨을 확인할 수 있었다.

• 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.

• 방사성폐기물학회지
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• 제5권1호
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• pp.39-52
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• 2007

사용후핵연료의 건식 재가공을 위한 핵연료 원격 제조공정중 분말제조를 위한 산화 및 OREOX(산화 환원공정)열처리 공정으로부터 $^{85}Kr$ 및 $^{14}C$ 핵분열기체의 방출거동을 정량적으로 평가하였다. 특히 사용후핵연료의 평균 연소도가 $27,000{\sim}65,000\;MWd/tU$ 범위내에서 연소도 변화에 따른 핵분열기체의 방출 분율은 측정한 실험결과와 ORIGEN 코드로부터 계산된 초기 inventory를 상호 비교하여 구하였다. $500^{\circ}C$ 1차 산화공정(voloxidation)에서 $^{85}Kr$ 및 $^{14}C(^{14}CO_2)$의 시간에 따른 방출거동은 $UO_2$ 핵연료의 $U_3O_8$으로의 분말화 정도와 밀접한 관련이 있는 것으로 보이며, 입계(grain-boundary)에 분포된 핵분열기체가 대부분 방출되는 것으로 여겨진다. 산화분말을 이용한 OREOX 공정으로부터 핵분열기체의 높은 방출율은 $700^{\circ}C$의 환원공정에서 온도 증가에 의한 기체 확산 및 $UO_2$으로의 환원에 의한 U 원자 이동성 증가에 의존하며 주로 inter-grain 및 intra-grain에 분포된 핵분열기체가 방출된 것으로 판단된다. 일차 산화공정시 $^{85}Kr$ 및 $^{14}C$ 핵분열기체의 방출 분율은 핵 연료 연소도가 증가함에 따라 높게 나타났고 방출 분율 범위는 총 inventory의 $6{\sim}12%$정도며, 산화분말의 OREOX 공정처리시 잔류 핵분열기체 대부분이 방출되는 것으로 보인다. 아울러 사용후핵 연료로부터 핵분열기체의 제거를 위해서는 고온 환원분위기보다는 산화에 의한 분말화가 더 효과적인 것으로 여겨진다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권8호
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• pp.733-741
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• 2013

본 논문은 대형 상용기관을 모사한 정적연소실에서 매립지 가스의 연소 특성에 대한 복수의 논문 중 첫 논문으로, 연소특성을 연소화학양론 및 열역학적 측면에서 분석하고 이를 실험 결과와 비교하였다. 연소화학양론 및 열역학적 분석에서 연료조성과 당량비에 따라 기연가스의 조성이 변화하고 이에따라 정적비열이 변화하여 동일 발열량에 최종압력은 변화하며, 이것은 실제 연소압력 측정결과와 대체로 일치한다. 연료조성과 당량비에 따른 상대적 압력변화 및 연소기간도 분석결과와 실험결과가 경향상 일치한다. 분석과 실험 결과 사이의 차이는 열전달량의 차이에 기인한 온도저하 및 이에 따른 정적비열의 변화가 주요 원인이며, 연소실 체적과 점화위치도 연소기간과 온도에 큰 영향을 준다. 최종적으로 정적연소에서 연료변환효율은 메탄 분율이 작을수록 그리고 당량비 0.8 ~ 0.9 사이에서 최대가 되며, 이러한 연료변환효율의 증가는 실물기관에서 비열비 감소의 효과를 상쇄하고 남으므로 순수 메탄보다 LFG의 연소가 효율 면에서 유리하다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 2002년도 추계 학술발표회 논문집
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• pp.171-184
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• 2002

우리나라 5개 정유사에서 일간 생산되는 중질잔사유 (Vacuum Residue) 량은 약 200,000 B/d이며, 일부는 Asphalt 또는 Sulfur fuel oil, 기타 탈황공정(RHD)둥에서 upgrading 되고 있다. 중질잔사유는 유황 및 중금속 물질의 함유량이 높아 가스화를 통한 효율적인 이용이 요구되고 있으며, 최근들어 효율적인 중질잔사유의 사용을 위하여 SK정유와 LG, Caltex에서 435-500 MWe IGCC 발전소 및 수소 제조공정을 위한 타당성 조사를 한 바 있다. 현재 한국에너지기술연구원에서는 습식분류상 가스화장치를 이용하여 중질잔사유가스화 특성에 관한 연구를 수행하고 있다. 실험은 반응온도 : 1,100~1,25$0^{\circ}C$, 반응압력 : 1~6kg/$ extrm{cm}^2$G, oxygen/V.R ratio : 0.8~0.9 and steam/V.R ratio : 0.4~0.5를 유지하며 수행되었으며, 실험을 통해 합성가스(CO+H$_2$) 조성 : 85~93%, 생성가스 유량 : 50~110Nm$^3$/hr., 발열량 : 2,300~3,000 ㎉/Nm$^3$, 탄소전환율 : 65~92 및 냉가스효율 = 60~70%를 얻을 수 있었다. 아울러, 평형모델을 이용하여 중질잔사유가스화 공정을 모형화 하였으며 계산결과를 실험결과와 비교하여 모델의 타당성을 검토하였다.

• 에너지공학
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• 제12권1호
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• pp.49-57
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• 2003

우리나라 5개 정유사에서 일간 생산되는 중질잔사유 (Vacuum Residue)량은 약 200.000 B/d이며, 일부는 Asphalt 또는 Sulfur fuel oil, 기타 탈황공정(RHD) 등에서 upgrading 되고 있다. 중질잔사유는 유황 및 중금속 물질의 함유량이 높아 가스화를 통한 효율적인 이용이 요구되고 있으며, 최근들어 효율적인 중질잔사유의 사용을 위하여 SK정유와 LG Caltex에서 435~500 MWe IGCC 발전소 및 수소 제조공정을 위한 타당성 조사를 한 바 있다. 현재 한국에너지기술연구원에서는 습식분류상 가스화장치를 이용하여 중질잔사유가스화 특성에 관한 연구를 수행하고 있다. 실험은 반응온도: 1,100~1,25$0^{\circ}C$, 반응압력: 1~6 kg/$\textrm{cm}^2$G, oxygen/V.R ratio: 0.8~0.9 and steam/V.R ratio: 0.4~0.5를 유지하며 수행되었으며, 실험을 통해 합성가스(CO+H$_2$) 조성 : 85~93%, 생성가스 유량: 50~110 Nm$^3$/hr. 발열량: 2,300~3,000 k㎈/Nm$^3$, 탄소전환율: 65~92 및 냉가스효율: 60~70%를 얻을 수 있었다. 아울러, 평형모델을 이용하여 중질잔사유가스화 공정을 모형화하였으며 계산결과를 실험결과와 비교하여 모델의 타당성을 검토하였다.

• 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.

• 펄프종이기술
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• 제48권2호
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• pp.34-45
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• 2016

Global warming and climate change have been caused by combustion of fossil fuels. The greenhouse gases contributed to the rise of temperature between $0.6^{\circ}C$ and $0.9^{\circ}C$ over the past century. Presently, fossil fuels account for about 88% of the commercial energy sources used. In developing countries, fossil fuels are a very attractive energy source because they are available and relatively inexpensive. The environmental problems with fossil fuels have been aggravating stress from already existing factors including acid deposition, urban air pollution, and climate change. In order to control greenhouse gas emissions, particularly CO2, fossil fuels must be replaced by eco-friendly fuels such as biomass. The use of renewable energy sources is becoming increasingly necessary. The biomass resources are the most common form of renewable energy. The conversion of biomass into energy can be achieved in a number of ways. The most common form of converted biomass is pellet fuels as biofuels made from compressed organic matter or biomass. Pellets from lignocellulosic biomass has compared to conventional fuels with a relatively low bulk and energy density and a low degree of homogeneity. Thermal pretreatment technology like torrefaction is applied to improve fuel efficiency of lignocellulosic biomass, i.e., less moisture and oxygen in the product, preferrable grinding properties, storage properties, etc.. During torrefacton, lignocelluosic biomass such as palm kernell shell (PKS) and empty fruit bunch (EFB) was roasted under an oxygen-depleted enviroment at temperature between 200 and $300^{\circ}C$. Low degree of thermal treatment led to the removal of moisture and low molecular volatile matters with low O/C and H/C elemental ratios. The mechanical characteristics of torrefied biomass have also been altered to a brittle and partly hydrophobic materials. Unfortunately, it was much harder to form pellets from torrefied PKS and EFB due to thermal degradation of lignin as a natural binder during torrefaction compared to non-torrefied ones. For easy pelletization of biomass with torrefaction, pellets from PKS and EFB were manufactured before torrefaction, and thereafter they were torrefied at different temperature. Even after torrefaction of pellets from PKS and EFB, their appearance was well preserved with better fuel efficiency than non-torrefied ones. The physical properties of the torrefied pellets largely depended on the torrefaction condition such as reaction time and reaction temperature. Temperature over $250^{\circ}C$ during torrefaction gave a significant impact on the fuel properties of the pellets. In particular, torrefied EFB pellets displayed much faster development of the fuel properties than did torrefied PKS pellets. During torrefaction, extensive carbonization with the increase of fixed carbons, the behavior of thermal degradation of torrefied biomass became significantly different according to the increase of torrefaction temperature. In conclusion, pelletization of PKS and EFB before torrefaction made it much easier to proceed with torrefaction of pellets from PKS and EFB, leading to excellent eco-friendly fuels.