본 논문은 한국의 원자력발전소 가동에 따른 온실가스 저감 기여도와 국민경제적 효과를 평가하였다. 한국의 2009년 원자력 발전량과 국가에너지기본계획에 의거한 추정 발전량에 온실가스 배출계수를 적용한 결과, 원자력발전이 온실가스 배출량의 저감과 전기요금의 인상억제, 화석연료의 수입대체 등에 긍정적으로 기여하고 있는 것으로 분석되었다. 향후 국가에너지의 안정적 경제적 조달과 기후변화에 대응하기 위하여 원자력발전의 비중이 확대될 필요가 있는 것으로 보인다.

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.

본 연구에서는 바이오매스 및 플라스틱에 가스화 효율을 높이기 위한 탄산염 촉매 또는 Ni based 촉매를 혼합한 시료에 대하여, 고정층 반응기를 이용하여 급속 등온 열분해 실험을 수행하여, 생성된 가스의 온도, 시료 및 촉매의 영향에 관한 분석을 통하여, 최적의 수소 생성 수율을 얻고자 한다. 고위발열량 측정 결과, 바이오매스보다 플라스틱 폐기물의 발열량이 높아짐을 알 수 있었다. 원소분석 결과로부터 수소 함량은 플라스틱 시료가 더 높았다. 계산된 활성화 에너지는 촉매 적용에 의해 감소하였고, 5 wt% 이상의 경우에는 큰 변화를 보이지 않았다. 수소수율은 플라스틱 폐기물이 포함된 시료, 온도에 대해서는 대부분 높은 온도 범위에서 최대값이 얻어졌다. 또한 대부분의 시료에서 높은 혼합비를 갖는 조건의 수소수율이 가장 높은 결과를 보였으나, 5 wt% 이상의 조건에서는 촉매 혼합비 증가의 영향은 미비하여, 활성화 에너지의 결과와 잘 일치함을 확인하였다. 전체적으로 촉매 반응이 무촉매 반응에 비하여 높은 수소수율이 얻어졌다. 촉매 종류에 대하여, 탄산염 촉매인 $Na_2CO_3$ 및 $K_2CO_3$보다 Ni-$ZrO_2$ 촉매가 수소 생산을 위한 목적에 더 적합한 촉매임을 확인하였고, 본 연구로부터의 최대 수소수율을 위한 조건은 $900^{\circ}C$, 20 wt%의 Ni-$ZrO_2$(1:9) 촉매가 혼합된 Pitch Pine, Polyethylene 시료에 대하여 65.9 vol%의 높은 수소수율의 결과를 얻었다.

기존의 열풍건조기의 효율은 약 30% ~ 50%인 반면, 최적 설계된 열풍-열펌프 건조기 효율은 약 60% ~ 80% 수준이므로 에너지 효율향상과 에너지 절약을 이룰 수 있다. 외국의 여러 사례에서는 기존 대비 약 60% ~ 80%의 에너지를 절약할 수 있으며, 밀폐형 순환방법을 사용하여 건조공기에 포함될 수 있는 환경오염물질의 외부로의 유출을 최소화 할 수 있어 기존의 건조기에 비해서 환경문제에 적극적으로 대응할 수 있을 것을 판단된다. 본 논문에서는 이와 같은 특성을 가진 건조기에 적용하기 위한 고온 생산이 가능한 열펌프를 얻기 위하여 시스템의 사이클을 설계하고 시스템을 구축하여 목표 성능을 만족하는지 여부를 확인하였다. 본 연구에서는 열펌프 복합건조기 적용을 위한 고온용 열펌프 시스템을 설계하고 제작한 후, 성능평가를 수행하여 다음의 결론을 얻었다. (1) 고온생산을 위한 시스템 설계는 2사이클이 가장 우수한 것으로 나타났다. (2) 2사이클 시스템은 저단이 R134a를, 고단이 R124를 냉매로 사용할 경우 가장 적합한 것으로 나타났다. (3) 사이클 운전을 통하여 상용압력으로 간주되는 범위에서 R134a시스템은 $75^{\circ}C$, R124시스템은 $95^{\circ}C$ 생산이 가능한 것으로 나타났다. (4) 수냉식 2사이클 시스템의 성능 시험을 수행한 결과 목표성능을 상회하는 결과를 얻어 고온 생산이 가능한 열펌프 시스템의 설계 및 제작이 가능한 것으로 나타났다.

원형 파이프를 유동하는 6.5% EG 수용액으로부터 만들어진 아이스슬러리의 열전달 특성을 분석하기 위한 실험을 수행하였다. 실험 장치의 시험부는 13.84 mm 내경과 1,500 mm의 길이를 가진 동관으로 제작되었다. 아이스슬러리는 시험부 주변에 이중관 형태로 만들어진 원형관 내부를 유동하는 온수에 의해 가열되었다. 본 연구의 실험에 적용된 IPF와 질량 유속은 각각 0 ~ 25% 그리고 1000 ~ 3,000 kg/$m^2s$의 범위이었고, 온수의 온도와 유량은 일정하게 유지하였다. 측정된 열전달량은 질량 유량과 IPF가 증가함에 따라 증가하였으나, IPF의 영향은 높은 질량 유량에서는 작은 것으로 나타났다. 낮은 질량유량에서는 열전달 계수의 급격한 상승이 15 ~ 20%의 IPF에서 나타났다. 마지막으로 측정된 열전달계수는 기존의 열전달상관식들에 의해 계산된 열전달계수와 비교하여 제시하였다.

화석연료는 사용 후 재생이 불가능하고 매장량이 한정되어 있으며, 연소 시 발생되는 각종 공해물질로 인해 환경문제를 야기하고 있다. 이러한 맥락에서 차세대 청정대체에너지로서 주목을 받고 있는 것이 바로 수소에너지이다. 현재 가장 경제성이 있는 수소제조방법으로 알려진 천연가스 Steam Reformig(SRM)은 천연가스의 매장량 한계성으로 인해 그 제조비용이 높아지고 있어, 바이오매스 및 유기성 폐기물의 가스화를 통한 수소생산방법이 자원의 재순환, 페기물 처리, 열원의 이용, 직접적인 $CO_2$ 삭감 등의 부수적인 효과가 높아 경제성 있는 수소제조법으로 많은 연구가 진행되고 있다. 이에 본 연구에서는 잠재적으로 고갈 염려가 있는 화석연료를 대체하고, 화석연료의 연소 시 발생되는 환경문제를 해결하고자 열분해로와 고온개질기로 구성된 Pilot-scale Two Stage Gasifier를 개발하고, 본 장치 내에서의 biomass의 가스화 특성을 평가하고자 한다. 열분 해로에서의 가스화 실험 결과, 열분해로의 전환율은 약 70%로 나타났으며, $H_2$, $CH_4$, CO, $CO_2$의 평균 생성량은 각각 16.7, 11.3, 37.2, 26.6 L/mim의 결과를 보였다. 고온개질기로부터의 생성가스 수율의 결과로부터, 고온개질기에 적용된 $1100^{\circ}C$의 초고온에서의 개질 반응에 의해 $CH_4$의 대부분이 환원됨을 확인할 수 있었다. 본 연구로부터 개발된 장치의 냉가스 효율은 53.2%로 비교적 높은 결과가 얻어졌으며, 수소에 대한 평균 생성량은 55.4 L/min의 결과를 보였다.

12 리터급 경유엔진을 개조한 LNG 혼소엔진에 대해 출력, 연비 및 배출가스등의 성능을 평가하였으며 이를 바탕으로 LNG혼소 화물 자동차의 경제성을 분석하였다. 출력은 경유엔진에 비해 5% 정도 낮은 수준으로 평가되었으며 엔진효율은 경유의 경우 37.4%, LNG혼소의 경우 35.9%로 경유엔진의 경우가 다소 높게 나타났다. 배출가스는 탄화수소를 제외하고 PM, NOx, CO 및 $CO_2$는 LNG 혼소의 경우가 낮은 특성을 보였다. 경제성 비교를 위해 연료비용과 환경비용 관점에서 각각 분석하였으며 유가보조금 및 할인을고려할 경우에도 LNG 혼소 화물차의 경제성이 있는 것으로 분석되었다.

우리나라는 기후변화 대응 및 효율적인 에너지 이용을 위하여, 2012년부터 신재생에너지 공급의무제(RPS, Renewable Portfolio Standard)를 시행할 계획이나, 신재생에너지 자원의 부족, 관련기술 수준의 한계 등으로 국내 발전부문에서의 RPS 공급의무율 이행에는 어려움이 예상되며 목질계 바이오매스의 석탄화력 혼소가 대안 중에 하나이다. 목질계 바이오매스의 석탄화력 혼소는 기술적 접근이 용이하고, 유연탄과 비교했을 경우 $CO_2$ 편익, 신재생에너지 인증서(REC, Renewable Energy Certificate) 편익 등을 고려시 경쟁력이 있으며, 발전 원가 측면에서 타 신재생에너지 전원보다 우수하다. 따라서 국내발전부문에서 중장기적인 RPS 공급의무율 이행을 위해서는 목질계 바이오매스의 활용이 요구된다.