• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.97-97
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• 2015

전 세계적으로 화석연료의 고갈 및 환경오염 문제를 해결하기 위해 신재생에너지에 대한 관심이 급증하고 있다. 이러한 신재생에너지에는 수소 에너지, 자연 에너지(태양열, 지열 등), 바이오 매스 에너지 등이 포함된다. 이 중 수소 에너지는 지구상에 풍부하게 존재하고 있는 물과 탄화수소로부터 얻어지며, 연소 시에도 다시 물을 형성하여 오염 물질을 배출하지 않는 차세대 무공해 에너지원으로써 주목을 받고 있다. 수소 제조를 위한 공정에는 수증기 개질 공정(steam reforming), 부분 산화(partial oxidation) 및 자열개질(autothermal reforming) 등이 있으며 실제로 생산되는 대부분의 수소는 탄소/수소비(1:4)가 높은 메탄($CH_4$) 가스를 이용한 메탄 수증기 개질 공정(steam methane reforming)을 통하여 제조된다. 이 때 수소 제조의 고효율화 및 저비용화를 위해서는 반응물에 대한 높은 선택도, 고활성도 및 높은 안정성을 갖는 촉매가 반드시 필요하며, 대표적으로 Ni, Pt, Ru 등이 보고되고 있다. 이러한 촉매들은 대부분 세라믹 pellet 형태로 제작되어 왔으나 열전도도가 낮고 물리적 충격에 취약하다는 단점이 존재한다. 따라서 우리는 이러한 단점을 극복하고, 촉매의 활성을 높이기 위하여 다공성 금속 합금 폼을 촉매 지지체로 도입하였다. 또한, 다공성 금속 합금 폼 표면에 촉매의 분산 및 안정성을 향상시키기 위해 지지체와 촉매 사이에 원자층 증착법을 이용하여 inter-layer를 도입하였다. 이들의 구조, 형태, 및 표면의 화학적 상태는 주사전자현미경, EDS (energy dispersive spectroscopy)가 탑재된 주사전자현미경, X-선 회절, 및 X-선 광전자 분광법을 이용하여 규명하였다. 더하여 정전압-전류 측정법 및 유도 결합 플라즈마 분광 분석기을 이용하여 전기 화학 반응을 유도하고, 반응 후 전해질의 성분분석을 통해 촉매와 지지체 간의 안정성을 평가하였다. 따라서 본 결과들은 한국진공학회 하계정기학술대회를 통해 좀 더 자세히 논의될 것이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.256-259
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• 2005

본 연구에서는 기존 니켈 활성성분만의 알루미나담지 촉매에 비해 고온에서의 수소를 사용한 환원 전처리 과정을 거치지 않고도 높은 반응활성을 나타내며, 반응 중 탄소침적에 대한 촉매 저항성에서도 우수한 결과를 나타낸 루테늄-니켈 촉매에 대해보고 하고자 한다. 메탄 수증기 개질 반응을 통해, 루테늄을 최종적으로 담지한 알루미나 담지니켈계 촉매는 별도의 전처리과정 없이 $650^{\circ}C$에서부터 높은 반응성을 보였으며, 루테늄과 니켈을 동시에 담지한 경우보다 더 우수한 활성을 나타내었다. Ru의 담지량을 달리한 실험에서는$RU(0.5)/Ni(20)/Al_2O_3$ 촉매가 가장 높은 활성을 보였다. $H_2-TPR$ 분석 결과, $Ru(0.5)/Ni(20)/A1_2O_3$촉매의 경우 세 가지 환원 피크가 나타났으며, $Ni(20)/A1_2O_3$촉매와 비교해 볼 때, 저온(<$130^{\circ}C)$에서 환원가능한 $RUO_2$의 존재를 확인할 수 있었다. 담지된 RU은 분산도가 높아, XRD분석 결과에서 Ru이나 $RuO_2$의 특성 피크가 존재하지 않았다. 또한 $650^{\circ}C$에서 10시간 개질반응 후 얻어진 촉매에 대해 $O_2-TGA$를 분석한 결과, $Ni(20)/Al_2O_3$촉매는 $-7.2wt\%$ 정도의 큰 무게 감소를 보였으며, 이는 촉매 표면에 생성된 carbon tube에 의한 것임을 SEM 분석을 통해 알 수 있었다 이에 반해, $Ru(0.5)/Ni(20)/Al_2O_$ 촉매는 $O_2-TGA$시 $0.3wt\%$ 정도 무게 증가에 그쳤으며, SEM 분석상 carbon tube의 생성이 크게 억제되었음을 알 수 있었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.40 no.2
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• pp.102-106
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• 2016

An experimental study on the flow characteristics under various laminar coflow diffusion flames was conducted with a particular focus on the buoyancy force exerted from gaseous hydrocarbon fuels. Methane ($CH_4$), ethylene ($C_2H_4$), and n-butane ($C_4H_{10}$) were used as the fuels. A coflow burner and the Schlieren imaging technique were used to observe the flow field of each fuel near the nozzle exit as well as the flow characteristics in the flames. The results show that a vortex with a density heavier than air appeared in n-butane near the nozzle exit with a strong negative buoyancy on the fuel steam. As the Reynolds number increased through the control of the fuel velocity of the n-butane flame, the vortices were greater and the vortex tips were moved up from the nozzle exit. In addition, the heated nozzle affected the flow fields of the fuel steam near the nozzle exit.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.18 no.4
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• pp.56-62
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• 2014

The present study investigated numerically heat and mass transfer characteristics of a fixed bed reactor by using a computational fluid dynamics (CFD) code of Fluent (ver. 13.0). The temperature and species fraction were estimated for different porosities. For modeling of the catalyst in a fixed bed tube, catalysts were regarded as the porous material, and the empirical correlation of pressure drop based on the modified Eugun equation was used for simulation. In addition, the averaged porosities were taken as 0.545, 0.409, and 0.443 and compared with non-porous state. The predicted results showed that the temperature at the tube wall became higher than that estimated along the center line of tube, leading to higher hydrogen generation by the endothermic reaction and heat transfer. As the mean porosity increases, the hydrogen yield and the outlet temperature decreased because of the pressure drop inside the reformer tube.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.32 no.7
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• pp.558-565
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• 2008

Solid oxide fuel cell(SOFC) has a higher fuel flexibility than low temperature fuel cells, such as polymer electrolyte fuel cell(PEMFC) and phosphoric acid fuel cell(PAFC). SOFCs also use CO and $CH_4$ as a fuel, because SOFCs are hot enough to allow the CH4 steam reformation(SR) reaction and water-gas shift(WGS) reaction occur within the SOFC stack itself. Diesel is a good candidate for SOFC system fuel because diesel reformate gas include a higher degree of CO and $CH_4$ concentration than other hydrocarbon(methane, butane, etc.) reformate gas. Selection of catalyst for autothermalr reforming of diesel was performed in this paper, and characteristics of reforming performance between packed-bed and microchannel catalyst are compared for SOFC system. The mesh-typed microchannel catalyst also investigated for diesel ATR operation for 1kW-class SOFC system. 1kW-class diesel microchannel ATR was continuously operated about 30 hours and its reforming efficiency was achieved nearly 55%.

• Journal of the Korean Society of Safety
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• v.27 no.5
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• pp.9-15
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• 2012

The ignition characteristics in a confined axisymmetric coflow $CH_4$ jet were investigated numerically with the Fire Dynamics Simulator(FDS). The $CH_4$ fuel stream was diluted with main combustion product gases, such as $O_2$, $N_2$, CO, $CO_2$, and $H_2O$, and the mixed fuel stream was heated up to the sufficient temperature where a supplying fuel stream can be ignited. For the calculation of chemical reaction in the simulation, a 2-step global finite chemistry model was considered. Boundary condition for confined wall was optimized by investigating the effects of wall temperature on the ignition characteristics of fuel stream. In addition, the effects of composition of diluents in the fuel stream and fuel stream temperature on the ignition of fuel steam were investigated. The ignition characteristics of $CH_4$ stream with diluents were very sensitive to the wall temperature, composition of diluents in the fuel stream and fuel stream temperature.

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.22 no.4
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• pp.559-567
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• 2011

This paper deals with an economic evaluation of domestic low-temperature water electrolysis hydrogen production. We evaluate the economic feasibility of on-site hydrogen fueling stations with the hydrogen production capacity of 30 $Nm^3/hr$ by the alkaline and the polymer electrolyte membrane water electrolysis. The hydrogen production prices of the alkaline water electrolysis, the polymer electrolyte membrane water electrolysis, and the steam methane reforming hydrogen fueling stations with the hydrogen production capacity of 30 $Nm^3/hr$ were estimated as 18,403 $won/kgH_2$, 22,945 $won/kgH_2$, 21,412 $won/kgH_2$, respectively. Domestic alkaline water electrolysis hydrogen production is evaluated as economical for small on-site hydrogen fueling stations, and we need to further study the economic evaluation of low-temperature water electrolysis hydrogen production for medium and large scale on-site hydrogen fueling stations.

• Journal of the Korean Applied Science and Technology
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• v.24 no.4
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• pp.427-435
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• 2007

에너지원으로서 수소를 생산하기 위하여 하니컴 구조를 갖는 모노리스에 10 wt% $Ni/CeO_2-ZrO_2$ 촉매를 담지한 후 메탄의 수증기 개질 실험을 수행하였다. 다른 $CeO_2/ZrO_2$ 몰비를 갖는 촉매들 중에서, $Ni/CeO_2-ZrO_2(CeO_2/ZrO_2=4/1)$촉매가 $700-800^{\circ}C$에서 높은 메탄의 전환율을 보여 주었다. 10wt% $Ni/CeO_2-ZrO_2$ 촉매가 담지된 금속 모노리스 촉매체는 높은 열전도도와 비표면적들로 인하여 좋은 촉매 특성을 보여줌을 확인할 수 있었다. 또한, 금속모노리스 촉매체는 반응물에서 과다의 수증기에 의한 수소 수율에서 크게 영향을 받지 않음을 알 수 있었다. $GHSV=30,000h^{-1}$, 반응물 비$(H_2O/CH_4=3.0)$ 반응온도 $800^{\circ}C$에서 금속모노리스 촉매체는 98%이상의 메탄의 전환율을 보여주었다. 생성물 가스에서 $CO_2/CO$의 비는 수증기/메탄의 반응물비가 증가할수록 수성가스화 반응에 의하여 증가됨을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.199-202
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• 2009

본 연구에서는 내부 개질반응에서 사용되는 고함량의 니켈촉매(Ni/Al2O3계열 촉매)제조를 위해, 요소(urea)를 이용한 균일용액 침전법을 이용하여 니켈이 고분산된 52wt% Ni/$Al_2O_3$ 촉매를 제조하였다. 제조 촉매는 BET 표면적, 니켈분산도, 니켈표면적 등 물리.화학적 물성 모두 우수하였으며, 환원 패턴은 상용촉매와 비슷하게 나타났다. 실제 반응온도인 $650^{\circ}C$에서 소성하여 화학흡착을 비교한 결과,상용촉매는 니켈분산도 및 니켈표면적이 감소한 반면 균일용액 침전법으로 제조한 촉매는 거의 변화가 없었다. 개질 성능 또한 상용촉매보다 우수하였는데, 이것은 균일용액 침전법으로 제조한 촉매는 활성점(니켈)이 지지체에 나노사이즈로 고르게 잘 분산되었기 때문이라고 판단하였다. 또한 합성온도 조절을 통해, $650^{\circ}C$ 소성 후에 물성변화를 살펴보았고 합성온도 $85^{\circ}C$에서 고분산 니켈 촉매 제조가 가능하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.208-208
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• 2009

메탄의 수증기-이산화탄소 복합개질반응에서 니켈 촉매의 탄소 침적 저항성에대한 Ce 증진 효과를 살펴보기 위해, Ni-Ce/${\alpha}-Al_2O_3$ 촉매를 제조하였다. Ce/Ni 비율 변화에 따른 촉매 비표면적, Ni 입자 분산도 및 촉매 활성 변화를 살펴보았고, Ce 첨가량을 최적화 할 수 있었다. Ce/Ni 비율 증가에 따라 NiO 결정크기가 감소하고 표면적과 Ni 분산도는 증가하였다. 특히, Ce/Ni=0.5 첨가 시, 촉매는 가장 넓은 비표면적과 Ni 분산도를 가졌으며, 우수한 촉매 활성 및 높은 탄소 침적 저항성을 보였다. 또한, 본 연구에서는 Ni과 Ce 담지 방법에 따른 Ni 분산도 향상과 Ni과 Ce간의 접촉 면적 극대화를 통한 활성산소 공급 향상에 대한 영향을 함께 살펴보았다. Ni과 Ce를 동시 함침법과 연속 함침법으로 담지하여 비교한 결과, 동시 함침법으로 제조한 Ni-Ce/${\alpha}-Al_2O_3$ (Ce/Ni=0.5) 촉매가 가장 우수한 촉매 성능 및 높은 탄소 침적 저항성을 보였다. 이는 동시 함침법으로 고분산된 Ni 입자와 담체간의 강한 상호작용 형성과 원활한 활성 산소 공급에 기인한 것이다.