2010년 약 19.5 GWp 의 규모로 성장한 태양광 시장의 주요 소재는 실리콘을 이용한 태양전지이며, 고성능 및 고효율 태양전지 시장이 급성장 하였다. 이러한 고품질 태양전지에 사용되는 주요 원료인 9N 급 폴리실리콘은 2008년 4월 $265/kg 까지 상승하였으나, 점차 하향안정세에 있으며, 급속한 가격 경쟁을 통해 당분간 장기공급가가 50$/kg 이하로 하락할 것으로 전망된다. 이러한 실리콘 제조기술 중 가장 많이 사용되는 기술은 Trichloro-silane (TCS) 또는 Mono-silane (MS)를 사용하는 기상법인 일명 Siemens 공정이다. 이러한 기상법의 경우 12N 이상의 초고품질 실리콘 제조가 가능하나, 대규모의 설비투자(1억원/폴리실리콘 1톤)와 높은 에너지(120 kWh/kg)가 요구된다. 이에 최근 기상법이 아닌 야금학적인 정련법에 대한 기술이 개발되고 있으며, 이는 금속 실리콘을 슬래그 처리, 편석 분리, 응고 급랭, 전자빔, 플라즈마 등을 이용하여 정련하는 공정을 말한다. 야금학적 정련법은 순도 면에서 기상법에 비하여 낮은 단점이 있음에도 불구하고, 여러 장점들로 인해 활발히 연구되며 점차 실용화 되고 있는 매우 유용한 기술이다. 야금학적 정련법의 주요 장점은 기상법에 비해 약 25% 정도의 설비 투자비로 가능하고, 금속 실리콘을 직접 사용하며, 에너지 payback이 짧다. 또한, 산 및 염화실렌을 사용하지 않으므로 환경 문제를 적게 야기하고, 생산설비의 확장성도 매우 높다. 본 연구에서는 국내 규석광을 이용하여 일련의 정련 공정을 거쳐 고순도SG(Solar Grade)급 실리콘을 제조하고자 하였다. 실리콘 용융 환원로를 개발하고 순도를 높이기 위해 슬래그정련법을 이용하였으며, 생산된 3N 급의 금속 실리콘을 비기상법정련 방식인 일방향 응고와 플라즈마 정련 및 전자기유도 용해법을 이용하여 고순도의 실리콘을 제조하였다. 본 연구에서는 상업생산을 개시한 외국의 E사와 비교하여 산침출공정을 거치지 않으므로 실리콘회수율 및 환경부하 절감의 장점을 갖고 있으며 최종 순도 실리콘 6N 이상, 보론 함유량 0.2 ppm 이하를 달성하였으며, 기존 기상법 대비 약 20%의 전력 감소와 약 13%의 금속실리콘 원료 절감 효과가 있었다. 저가/고순도 SG급실리콘의 제조기술 개발은 향후 세계 태양광 시장에 대한 경쟁력을 확보하고, 시장 점유율 상승에 기여할 수 있으며, 산업 확대를 통한 주변 산업으로의 파급 효과가 매우 클 것으로 예상된다.

1991년 스위스연방기술원(EPFL) 화학과 교수 Michae Gratzel이 발명한 염료감응 태양전지 (DSSC)는 값싼 원료와 저가공비 면에서 가장 경쟁력 있는 기술의 하나로 큰 기대를 받고 있다. 염료감응 태양전지의 특징은 전극기판의 재료나 염료를 바꿈으로서 형상이나 색체에 다양성을 갖도록 할 수 있다. 일반적인 염료감응 태양전지의 원리는 태양광이 염료 분자에 흡수, 염료는 여기상태가 되어 전자를 n형 반도체인 $TiO_2$의 전도대로 흘리고, 전자는 TCO전극으로 이동하여 외부 부하에 전기 에너지를 전달하고 상대전극으로 이동, 염료는 $TiO_2$에 전달한 전자 수만큼 전해질로부터 전자를 공급 받아 원래의 상태로 돌아가게 되는 원리에 의하여 발전된다. 전해질로는 $I^-/I_3^-$와 같이 산화-환원 종으로 구성되어 있으며, $I^-$ 이온의 source로는 LiI, NaI,이미다졸리움 요오드 등이 사용되며, $I_3^-$는 이온은 $I_2$를 용매에 녹여 생성시킨다. 전해질 매질은 acetonitrile과 같은 액체 또는 PVdF와 같은 고분자가 사용될 수 있다. 액체형의 경우 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 움직여 염료의 재생을 원활하게 도와주기 때문에 높은 에너지 변환 효율이 가능하지만, 전극 간의 접합이 완벽하지 못할 경우 누액의 문제를 가지고 있다. 반면, 고분자를 매질로 채택할 경우에는 누액의 염료는 없지만 산화-환원 종의 움직임이 둔화되어 에너지 변환 효율에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 따라서 고분자 전해질을 사용할 경우에는 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 전달 될 수 있도록 설계하는 것이 필요하다. 본 연구는 염료감응 태양전지에서 가장 큰 문제가 되고 있는 고체 전해질의 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 전달 될 수 있도록 dimethylsulfoxide solvent 에 녹말 일정량을 녹여 Starch-$I_2$ complex 를 시켜주므로, 광 전압{\cdot}{\cdot}$전가 증가되었으며, 전지의 안정성이 향상되었다.

국내 및 세계의 천연가스 수요가 증가하고, 원유가 상승에 의한 천연가스의 지속적인 가격상승이 예측됨에 따라 천연가스의 99%를 수입에 의존하는 우리나라의 에너지 안보 확보 방안을 위한 기술개발이 필요하다. 국내에서 천연가스를 확보할 수 있는 현실적인 방법중의 하나는 석탄가스화를 통해 얻어진 합성가스를 이용하여 SNG(synthetic Natural Gas, 합성천연가스)를 제조하는 것이다. 본 연구에서는 다양한 석탄, 다양한 석탄 가스화기를 적용하는 경우에 대한 CASE별 공정해석을 수행하여 각 경우의 SNG 생산 특성을 파악하였다. 석탄의 종류는 역청탄, 아역청탄, 갈탄을 대상으로 하였으며, 역청탄을 사용하는 경우는 General Electric Energy(GEE), Shell Global Solutions(Shell), ConocoPhillips(CoP)사의 가스화기를, 아역청탄을 사용하는 경우는 KBR의 TRIG$^{TM}$, Siemens사의 SFG, Shell, CoP 가스화기를, 갈탄을 사용하는 경우는 Shell, Siemens 가스화기를 적용하였다. 사용한 석탄과 석탄가스화기에서 발생된 합성가스 조성은 NETL에서 발행된 보고서에 제시된 수치들을 활용하였다. 역청탄을 사용하고 CoP 가스화기를 적용한 경우, SNG 합성공정에 유입되는 유량이 100 Nm3/h 일 때, 생산되는 SNG의 조성은 $CH_4$ 96.26%, $H_2$ 1.49%, $CO_2$ 0.69%, CO 0.004% 이고 생산유량은 24 Nm3/h 였다. SNG 효율을 SNG 합성공정에 공급되는 합성가스 열량 대비 최종 생산되는 SNG의 열량을 기준으로 하고, 각 CASE 별 SNG 효율을 살펴보면, 역청탄을 대상으로 한 경우 GEE 74.05%, CoP 76.65%였다. 아역청탄을 대상으로 한 경우 TRIG 78.14%, Siemens 71.22%, CoP 75.72%였고, 갈탄을 대상으로 하는 경우 Shell 71.48%, Siemens 71.49%였다. 역청탄을 사용하는 경우는 CoP 가스화기를 대상으로 한 경우 SNG 효율 및 생산량이 가장 높았고, 아역청탄을 사용하는 경우는 TRIG 가스화기를 대상으로 한 경우의 SNG 효율 및 생산량이 높았다. 갈탄을 사용하는 경우는 Shell 가스화기와 Siemens 가스화기가 거의 비슷한 결과를 나타내었다. $$SNG\;efficiency({\eta})={\frac{Q_B}{Q_A}}={\frac{Q_{SNG}(kcal/h)}{Q_{Syngas}(kcal/h)}}{\times}100(%)$$.

Nanostructures consisting of $TiO_2$ particles as a core and carbon as a shell ($TiO_2$@C) were prepared by heat treatment of $TiO_2$ nanoparticles at high temperature in a methane atmosphere. X-ray diffraction and transmission electron microscopy showed that a carbon shell layer was formed well. These structures were used as supports for platinum nanoparticles and the hybrid particles exhibit improved catalytic activity and stability toward ORR compared to Pt on a carbon black (Vulcan XC-72R). It is likely that enhanced catalytic properties of the Pt on $TiO_2$@C could be due to the stability of the core-shell support in comparison with carbon black support.

Nanomaterial architecture with highly ordered, vertically oriented $TiO_2$ nanotube arrays shows a good promise for diverse technological applications. As inspired from the literature reports that Nickel modification can improve the photocatalytic activity of $TiO_2$, it was planned to coat Ni into the $TiO_2$ matrix. In this study, first $TiO_2$ nanotubes(TiNTs) were prepared by anodization (60V,3min) in HF-free aqueous electrolyte on ultrasonically cleaned polished titanium sheet substrates ($1{\times}7cm^2$). The typical thickness of the sintered TiNT ($500^{\circ}C$for10min) was ~1 micronas confirmed from the FESEM study. In the next part, as-anodized and sintered TiNT/Ti photoanodes were used to coat Ni by AC electrodeposition from aqueous 0.1M nickel sulphate solution. During AC electrodeposition, conditions such as 1V DC offset voltage, 9V amplitude (peak-to-peak) and 750 Hz frequency were fixed constant and the deposition time was varied as 0.5 min, 1 min, 2 min and 10 min. The photoelectrochemical performance of pristine and Ni modified TiNT/Ti photoanodes was measured in 1N NaOH electrolyte under 1 SUN illumination in the potential range of -1V and 1.2V versus Ag/AgCl reference electrode. The photocurrent performance of TiNT/Ti photoanode decreased upon Ni modification and the results were confirmed after repeated experiments. This suggests us that Ni modification inhibits the photoelectrochemical performance of $TiO_2$ nanotubes.

The fuel economy estimates essentially serve two purposes : to provide consumers with a basis on which to compare the fuel economy of different vehicles, and to provide consumers with a reasonable estimate of the range of fuel economy they can expect to achieve. The current fuel economy label values utilize measured fuel economy over city driving cycles. However, this test driving mode can not be evaluated the variety factor of the real-world. These factors include differences between the way vehicles are driven on the road and over the test cycles, air conditioning use, widely varying ambient temperature and humidity, widely varying trip lengths, wind, precipitation, rough road conditions, hills, etc. The purpose of this paper is to account for three of these factors on the fuel economy : 1) on-road driving patterns (i.e. higher speeds and more aggressive driving (higher acceleration rates)), 2) air conditioning, and 3) colder temperatures. The new test methods will bring into the fuel economy estimates the test results from the five emissions tests in place today : CVS-75, HWFET, US06, SC03 and Cold CVS-75. Based on these new test methods, this paper discusses the characteristics of driving condition on Hybrid electric vehicle (HEV). And this paper assesses the fuel economy label of HEV.

Biodiesel (BD) was made from animal-fats reacting with methanol and potassium hydroxide in the laboratory. The biodiesel made in the laboratory was sent to K-petro, the government agency, to inspect the quality of animal-fats biodiesel, of which generally the quality was acceptable for heating oil for agricultural hot air heater. Kinematic viscosity and calorific values of the biodiesels were measured. BD20(K), kerosene based biodiesel, showed 18cSt at $-20^{\circ}C$. It seems that BD100 can not be suitable for heating fuel under some temperature. As BD content increased calorific value decreased, up to 40,000J/g for 100% BD, while light oil calorific value was 45,567J/g, showing difference of 5,567J/g, about 12% difference. Several different fuels, BD20, BD50, BD100 and light oil, were prepared and tested for fuel combustion qualities for agricultural hot air heater and their combustion performances were compared and analyzed. Flame dimensions of biodiesels and light oil were almost same shape at the same combustion condition in the burner of the hot air heater. Generally $CO_2$ amounts of BDs are greater than light oil. But,the differences are so small that it is hard to tell there was significant difference existed between the BDs combustion and light oil.

바이오 가스 플랜트의 혐기소화 공정에서 발생하는 바이오 가스는 중 유해가스인 황하수소($H_2S$)는 부식성 가스로 수천 PPM농도를 함유하여, 발전기나 가스보일러로 이용하는 경우에는 $H_2S$를 제거하는 탈황공정이 반드시 필요하다. 탈황방식에는 산화철 탈황(건식 탈황)과 생물 탈황이 현재 많이 사용되고 있어나 산화철 탈황은 산화철 pellet이 유화철에 변화하면 탈황능력이 저하되어 pellet을 교환해야 하며 많은 비용이 발생한다. 생물 탈황 방식은 유황산화세균의 서식활동조건(온도, 반응시간, 산소량)확보가 반드시 필요하여 높은 운전기술을 필요로 한다. 본 연구에서는 바이오가스 전처리 기술 중 활성탄 또는 약액을 이용한 기존의 탈황정제방식보다 흡착성능이 뛰어난 이온교환섬유를 이용하여, 황화수소($H_2S$)를 95% 이상 제거할 수 있는 고효율 섬유상 이온촉매 악취제거 시스템 개발을 수행하였다. 이온교환섬유는 방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 인위적으로 형성시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 양이온을 교환할 수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제로, 이온교환 섬유의 화학적 이온교환과 물리적 흡착 및 탈착반응이 동시에 발생되고, 활성탄/실리카켈 보다 흡착능력이 2~4배 높다. 또한 이온섬유의 재생기능을 이용하여 장기적 다양한 악취($H_2S$, $NH_3$, 아민계, 메르갑탄류, 알데히드 등) 및 유해가스(VOCs, NOx, SOx) 등을 95% 이상 제거할 수 있다.

태양광 및 태양열 설비의 효율적인 관리를 위해서는 관련 일사정보가 사전정보로 제공되어 시스템 운용을 위한 입력인자로 활용되어야 한다. 특히 전력그리드에 연계되어 설비가 활용된다고 하면, 그 에너지 공급이 불규칙적인 신재생에너지원의 특성으로 인해 에너지 공급량의 예측이 선행되어 기존의 전력공급체계가 이를 지원할 수 있는 모델과 시스템이 구비되어야 한다. 기존의 다양한 연구들이 한정된 국소지점에 대해 다양한 예측기법을 적용하여 평가를 실시하였지만, 장기간의 결과 축적이 이루어지지 못해 그 신뢰성 확보에 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 현재 한국에너지기술연구원에서 관리되는 일사정보를 활용하여 청명한 날의 표준 일사 데이터베이스를 생성하고, 기상청에서 RSS(Rich Site Summary) 형태로 지원하는 운량정보를 이용하여 3시간 이상의 미래정보를 계속적으로 산출할 수 있는 시스템을 제작하고자 하였다.

GTL(Gas to Liquid) 합성유 생산 공정은 크게 합성가스 개질공정(reformer), FT 반응공정, upgrading 공정으로 구성된다. 본 연구에서는 FT 반응기에 유입되는 합성가스의 생산공정인 개질공정 최적화 시뮬레이션을 수행하였다. 기존에 HYSYS 공정 모사 tool로 구현한 개질공정 모델에 dynamic simulation을 적용하여 공정 운전 시간 변화에 따른 온도/압력/조성의 일정범위 별 생산 가스의 성분비를 모사하고자 한다. Dynamic 공정 시뮬레이션은 모사 대상 공정의 운전 시간 별 결과값 변화를 산출할 수 있는 방법으로 기존 정상상태(steady-state) 시뮬레이션에 비해 현실 공정의 운전 변수를 보다 더 정확하게 반영할 수 있는 장점이 있다. 본 시뮬레이션은 1bpd급 GTL 파일럿 플랜트의 설계 자료를 근거로 수행되었으며, 향후 운전 데이터를 feedback하여 최적의 운전 매뉴얼 도출자료로 활용코자 한다. 아울러, 다음의 시간 변화별 모사 결과 데이터들을 산출하고 공정의 최적운전 조건을 분석하고자 한다. - 시간에 따른 공정의 온도/압력 변화, 이에 연동되는 반응기 출구의 1) $H_2$/CO 비율, 2) $CH_4$ conversion, 3) $CO_2$ conversion 본 연구의 결과 데이터를 1bpd급 GTL 플랜트 내 합성가스 개질공정의 운전조건 최적화에 적용코자 하며, 이는 개질반응기의 안정적인 연속운전을 통한 GTL 통합공정의 운전 효율향상에 기여 가능하리라 기대된다. 향후 개질공정의 후단공정인 FT 합성공정 시뮬레이션 과업과 연계하여 GTL 통합공정 시뮬레이션 및 최적화에 따른 실증 규모의 스케일업 기반 데이터를 마련할 수 있을 것이다.

We have estimated power generation potential in Korea following the recently announced EGS protocol. According to the protocol, we calculated the theoretical potential first, which assumes 30 year operation, minimum temperature being surface temperature+$80^{\circ}C$, depth range being from 3 km to 10 km. In this new assessment the in-land area was digitized by 1' by 1' blocks, which is much finer than suggestion of the protocol (5'by 5'). Thus estimated theoretical potential reaches 6,975 GWe which is 92 times of the total power generation capacity in 2010. In the estimation of technical potential, we limited the depth range down to 6.5 km, assumed recovery factor as 0.14 and also counted for temperature drawdown factor of $10^{\circ}C$ following the protocol. Accessible in-land area excluding steep mountains, residence and industrial region, wet area and others covers 40.7% of total area. Finally, we could come up with 19.6 GWe for technical potential, which would be 56 GWe if we do not account for the temperature drawdown factor. These are important results in that we made the first potential assessment for geothermal power generation.

오늘날 에너지문제는 인류가 직면한 가장 중요한 당면과제 중 하나이다. 석유, 석탄과 같은 화석에너지는 점점 고갈되어 가고 있으며, 이산화탄소 배출로 인한 기후변화도 해결이 시급한 문제이다. 이러한 문제들을 해결하기 위한 방안으로 신재생에너지의 중요성이 부각되고 있다. 특히 신재생에너지 기술 중 태양전지는 미국, 일본, 유럽, 중국 등 많은 국가에서 기술개발 및 보급에 앞장서고 있으며, 시장선점을 위한 기술개발 경쟁이 치열하다. 또한 연료전지의 경우 전기와 열을 동시에 생산 가능하며, 다른 에너지 변환기보다 훨씬 높은 효율을 가지고 있어 신에너지원으로서 주목받고 있다. 이와 함께 기후변화에 실질적인 해결책으로 세계는 CCS에 기대하고 있으며, 기술개발 및 실증을 위한 국제공동연구도 활발하게 진행 중이다. 본 논문에서는 이러한 중요성을 인식하여 태양전지, 연료전지 그리고 CCS에 대하여 국내외 에너지기술 활용도를 분석하였다. 활용도 분석을 위하여 특허등록건수, 특허의 피인용 정보와 이를 활용한 CPP지수를 산출하였다. 오늘날 특허는 국가나 기업 등 특정 주체에 대한 기술력 또는 혁신성을 측정하거나, 기술개발 동향을 파악하기 위한 중요한 정보로 사용된다. 특히 CPP지수(특허당 피인용지수)는 분석대상(국가, 기업 등)의 특허가 이후의 기술혁신 활동에 어느 정도의 활용되어 영향을 미쳤는가를 보여주는 지표로써, 특정 국가나 기업의 기술혁신 활동의 수준 및 혁신성과의 가치를 살펴 볼 수 있다. 이를 통하여 국내의 에너지기술 경쟁력을 살펴보고 시사점을 도출하였다. 우선 특허데이터 수집을 위하여 톰슨 이노베이션을 활용하여 2001년부터 2010년까지 미국, 일본, 유럽, 한국에 등록된 특허를 검색하였으며, 특허등록번호를 중심으로 중복데이터를 제거하였다. 또한 특허명칭, 요약정보를 통하여 노이즈를 제거하였다. 노이즈가 제거된 특허를 활용하여 기술별, 국가별 기술개발 동향을 살펴보았으며, CPP지수를 통하여 기술별, 국가별 활용도를 분석하였다. 분석 결과, 태양전지의 경우 대부분의 국가에서 특허건수가 매년 증가함에 따라, 지속적으로 기술경쟁이 심화되고 있는 것으로 분석되었다. 또한 한국의 CPP지수는 미국, 일본 등 주요 경쟁국가에 비해 상당히 낮게 나타나 기술 활용 수준이 낮은 것으로 분석되었다. 따라서 핵심기술 개발과 같은 에너지기술의 질적수준을 높이기 위한 대책마련이 필요한 실정이다. 본 논문의 결과를 통하여 특허를 위한 기술개발이 아닌 보다 활용성이 높은 기술개발이 이루어지기를 바라며, 나아가 국가에너지기술 경쟁력을 높이는데 기여할 것으로 기대한다.

신 재생에너지 정책이 발전차액지원제도(Feed In Tariff; FIT)에서 신 재생에너지 의무할당제(Renewable Portfolio Standard; RPS)로 변화하면서 원별 경쟁이 가속화되고 있다. 태양광 산업 역시 이러한 환경 변화에 대처해야 하며, 그를 위한 정책 구성이 필요하다. 이에 태양광 산업 정책은 크게 두 부분으로 구분하여 진행해야 한다. 첫째, 폴리실리콘(Poly silicon)을 활용하는 다결정실리콘 태양광에너지에 초점을 맞춘 정책이며, 둘째, 미래에 상용화될 차세대 태양광 에너지에 대한 대비를 위한 연구 개발(R&D) 정책이다. 먼저 다결정실리콘 태양광에너지에 초점에서의 산업 정책은 산업육성정책과 수출정책, 인프라 구성 등으로 나눌 수 있다. 현재 과도한 국가부채로 인한 세계경제 악화로 태양광에너지 업체들의 경제성이 악화하고 있다. 더욱 빨리 그리드 패리티(Grid Parity)를 달성하기 위해 수직통합 등의 필요성이 대두하고 있다. 이에 본 연구는 그리드 패리티 달성시기를 위해 태양광 산업 내 세대 변화를 하는 경우와 하지 않는 경우를 비교하기 위해 고려할 요소를 분석하였다. 현재 신 재생에너지 가운데 태양광에너지는 타에너지원 대비 가격경쟁력을 갖추지 못한 상황이다. 그러나 수출을 고려했을 때의 향후 한국의 차세대 성장동력으로의 발전가능성이 존재한다. 따라서 가격경쟁력이 가장 중요한 영향을 미칠 신 재생에너지 의무할당제 정책 하에서 태양광에너지가 전혀 채택되지 않는 상황을 막기 위한 정책이 필요하다. 그를 위해 필요한 정책적 요소들을 알아보았다. 마지막으로 인프라 구성을 위해 태양광 산업의 가치사슬(Value Chain) 상에서의 기업 분포와 경쟁력에 대한 조사를 시행하였다. 이는 태양광 산업 내의 경쟁력을 갖춘 부문과 그렇지 못한 부문을 구별하기 위함이다. 미래에 상용화될 차세대 태양광 에너지를 준비하는 과정에서는 연구개발 관련 정책이 가장 중요하게 다뤄야 할 부분이며, 그를 위해 정부 차원에서 지원하고자 하는 기술로드맵 등에 대해서 정리하였다.

화석연료의 가격 및 공급의 불안정과 온실가스감축 국제 규제 강화 등에 대한 대안으로 여기는 신 재생에너지는 높은 초기 투자 부담으로 인하여 관련기술의 연구개발과 보급정책 등 전과정에 걸친 정책 지원체계가 필요하다. 본 연구에서는 지열에너지를 이용하는 지열냉난방기술에 중점을 두고 이에 대한 중장기 정책 포트폴리오 작성을 위한 기술 및 정책적 접근방안을 제시하고자한다. 지열에너지의 가장 큰 특징은 기후 등에 영향을 크게 부하가 변하는 태양광, 풍력 등과 달리 일정한 부하를 유지함으로써 안정적인 에너지공급이 가능하다는 것이다. 또, 품질 측면에서도 화석연료를 이용한 기존의 연료보다 쾌적한 환경을 조성하여 고급에너지로 평가받고 있다. 반면, 설비를 갖추기 위한 천공, 히트펌프 설치 등에 큰 비용이 든다는 단점을 가지고 있다. 현재 히트펌프 제작기술은 국산화를 완료한 상태로 사실상 기술개발에 의한 큰 폭의 원가절감은 기대하기 힘든 상황이다. 하지만, 유사분야인 시스템 에어컨이 표준화 및 대량생산을 통한 시장 보급 확대로 보급단가가 하락한 것을 고려해 볼 때 이를 통한 가격하락은 어느 정도 기대해 볼 수 있을 것으로 생각된다. 에너지 외적인 측면에서 볼 때도 지열에너지의 공급은 상당한 의미를 갖는다. 건물 냉 난방용 이외에 다양한 용도의 개발을 통해 비닐하우스나 온실 등에 지열에너지를 이용할 경우 정부차원에서 농어촌에 대한 지원이 가능하다. 또, 기존의 에너지원을 조달하는데 어려움이 있는 산간, 도서지방에서는 도시지역보다 투자대비 큰 효과를 볼 수 있어 지역간 에너지 불균형 해도에도 도움이 될 수 있다. 이와같은 지열에너지의 특성에 따라 향후 발전방향을 정리해 보았다. 핵심기술인 지열 히트펌프의 산업구조와 시장 보급 확대를 통한 가격하락을 기대한다. 지역개발 및 고립지역에서 타 신 재생에너지와 함께 독립적인 전력, 냉난방 등의 완전 에너지 공급시스템을 갖출 수 있다. 또한 특수 작물 등의 고급 농수산물 생산등의 용도개발을 통해 지열에너지 공급역량을 성장시킬 수 있을 것이다. 이와 함께 중장기 비젼을 제시하기 위해 추진되어야 할 연구과제로는 시장 보급 확대에 따른 가격경쟁력 도달 가능성에 대한 연구를 통해 산업육성 방안 마련, 타 신 재생에너지기술과 복합 설치에 의한 시너지 효과 및 이에따른 초기 투자비 증가에 대한 대책, 보급 잠재량 조사, 지열시스템의 자금 조달 및 관련 정책 검토 등이 있을 수 있다.

신재생에너지 수요가 확대됨에 따라 신재생에너지 관련 제품에 소요되는 물질에 대한 관심이 확대되고 있다. 이들 물질은 공급리스크가 존재하는 희유금속이 주를 이루고 있다. 본 연구에서는 신재생에너지 등의 high tech 기술 확대로 인한 희유금속의 수요 및 공급을 전망하고 있는 미국의 critical raw material 관리 전략을 살펴보고자 한다. 미국은 2010년 12월 미국 에너지성(DOE : Department of Energy)에서 위기 물질 전략(Critical Materials Strategy)에 관한 리포트를 공표하였다. 클린 에너지 기술 4개 분야(영구자석, 선진 전지, 태양전지 박막, 형광 물질)에서 핵심이 되는 물질(희유금속 등)의 수급 불균형이 일어날 가능성에 대해 조사를 실시하여 리스크 평가하여 단기, 중단기로 구분하여 위기물질을 선정하였다. 클린 에너지 기술 4개 분야에서 핵심이 되는 물질(네오디움, 디스프로슘, 코발트, 리튬, 랜턴, 세륨, 테룰, 인듐, 갈륨, 유로피움, 테르비움, 이트륨)의 12광종 수급을 2025년까지 전망한 결과 전체적으로 단기(2010년~2015년)보다 중기(2015년~2025년)에 공급 부족이 확대한다고 예측되었다. 단기적으로는 인듐이 약간 부족하는 것 외에 디스프로슘과 이트륨에 관해서도 공급 부족할 것으로 예측되었다. 중기적으로는 코발트(전지 기술에 사용)와 유로피움(고효율 조명용의 형광 물질에 사용) 외 대상이 된 다른 모든 물질은 공급 부족이 발생할 것으로 전망되었다. 이를 종합하여 단기적으로는 디스프리슘, 유로피움, 인듐, 테르븀, 네오디움, 이트륨 등이, 중기적으로는 디스프리슘, 유로피움, 테르븀, 네오디움, 이트륨 등이 위기물질(Critical Material)로 분석되었다. 에너지성은 위기물질을 공급원다각화, 대체물질개발, 리유즈, 리사이클링 등을 국제적 파트너와 함께 추진하여 리스크를 관리할 것이며, 2011년까지 최신정보를 구축하여 위기물질 전략을 재설정할 예정이다. 체계적인 위기물질 선정 및 관리전략 등을 참조하고, 신재생에너지기술 변화에 따른 원재료의 중요성 및 리스크 관리현황을 기초로 우리나라에 적합한 위기관리 물질 선정 및 관리가 필요할 것이다.

The design methodology of the sluice caisson structure is one of important factor that is closely related to the efficiency in tidal power generation. When the sluice caisson is designed to maximize the water discharge capability, it is possible to minimize the number of sluice caissons for attaining the water amount required for achieving the target power generation, which results in reduction of the construction cost for the sluice caisson structure. The discharge capability of sluice caisson is dependent on the geometrical conditions of an apron structure which is placed in both sides of the sluice caisson. In this study, we investigated numerically the variation of water discharge capability of sluice caisson according to the geometrical conditions of apron. Flow fields are simulated with FLOW-3D software using VOF method.

풍력발전기가 점차 대형화되어가는 추세에 따라 블레이드 역시 점차 길어지고 무거워지는 경향을 보이고 있다. 이는 블레이드뿐만 아니라 풍력발전기 시스템 전체의 하중 및 비용의 증가를 불러오게 되므로, 시스템의 성능 및 하중에 가장 큰 영향을 끼치는 블레이드의 공력특성에 대한 연구가 전 세계적으로 지속되고 있다. 그 중에서도 특히 작동 중 오염에 의한 블레이드 표면 거칠기 변화는 블레이드의 공력특성을 변화시켜, 발전기 전체의 성능뿐만 아니라 전체 하중에도 영향을 끼치는 주요 인자이다. 따라서 풍력발전기 블레이드 설계 시에 예측된 설계하중과 실제 운용 환경에 의해 변화된 운용하중 간의 차이를 예측할 수 있다면, 블레이드 설계 시에 표면 거칠기 변화에 따른 영향을 고려함으로써 실제 운용 환경에 맞는 최적의 블레이드 및 풍력발전기 시스템 설계를 수행할 수 있다. 본 연구에서는 블레이드의 표면 거칠기 변화에 따라 풍력발전기 하중이 어떻게 영향을 받는지에 대하여 분석하였다. 이를 위하여 표면 거칠기 민감도를 고려하지 않고 설계된 기준 블레이드와, 운용 중 표면 거칠기가 변화된 블레이드의 2개 모델에 대한 하중해석을 수행하고 그 결과를 비교하였다. 보다 실제적인 해석을 위해 Multi-MW 급 풍력발전기 시스템 모델을 대상으로 최적 설계된 블레이드를 기준 모델로 삼았다. 하중계산방법은 IEC 및 GL 2010 가이드라인을 참고하였으며, 일부 주요 극한하중 상황에 대하여 해석을 수행하여 설계하중상황(design load case, DLC) 별로 하중의 증감 및 경향을 비교하였다.

The 'NREL Phase VI' model with a 10.06m diameter was tested in the NASA Ames tunnel to make a reference data of the computational models. The test was conducted at the one rotational speed, blade tip speed 38m/s and the Reynolds number of the sectional airfoils in that test was around 1E6. The 1/5 scale down model of the 'NREL Phase VI' model was used in this paper to study the power characteristics in low Reynolds number region, 0.1E6 ~ 0.4E6 which is achievable range for the conventional wind tunnel facilities. The torque generated by the blade was directly measured by using the torque sensor installed in the rotating axis for a given wind speed and rotational speed. The power characteristics below the stall condition, lambda > 4, was presented in this paper. The power coefficient is very low in the condition below the Re. 0.2E6 and rapidly increases as the Re. increases. And it still increases but the variation is not so big in the condition above the Re. 0.3E6. This results shows that to study the performance of the wind turbine blade by using the scaled down model, the Re. should be larger than the 0.3E6.

풍력발전기 블레이드 설계에 적용하기 위한 에어포일의 선택 혹은 설계에 있어서 가장 중요한 요소 가운데 하나는 표면 거칠기 변화에 따른 에어포일 성능의 민감도이다. 블레이드 표면은 대기 중의 먼지, 곤충 시체 등에 따라 계속적으로 오염되며 이는 에어포일의 설계 당시의 성능을 계속적으로 저감시킨다. 이러한 표면 거칠기의 증가는 에어포일의 종류에 따라 성능을 50% 이상 저감시키며 이는 블레이드의 설계 성능을 저감시키므로 블레이드 설계를 위한 에어포일 선정 단계에서 표면거칠기 민감도가 가능한 낮은 에어포일을 선정하여 블레이드의 공력 설계를 수행하게 된다. 본 연구에서는 표면 거칠기 변화로 인한 에어포일의 성능 저감이 실제 블레이드의 성능에 어떠한 영향을 주는지를 살펴 보았다. 에어포일은 표면이 깨끗한 상태와 ZZ 테입을 부착하여 표면이 심각하게 오염된 상황을 모사하여 두 경우 모두를 풍동 시험한 DU 에어포일 시리즈를 선정하였다. 3MW 급의 블레이드에 대하여 두께비 40%~18%의 에어포일을 적용하여 설계를 수행하였으며 두께비 30%~18%에어포일에 대하여 표면이 깨끗한 경우와 오염된 경우의 데이터를 적용하여 블레이드 성능 변화 및 다른 성능 변수들의 변화를 살펴보았다. 블레이드 성능에 대하여는 BEMT를 적용하여 설계 및 시뮬레이션을 수행하였다. 연구 결과 에어포일의 성능 저하는 블레이드 공력 효율에 있어서 8%의 저감을 나타내며 7%의 극한하중 저감을 보이는 것으로 나타났다.

Wind guide can be installed on the top of buildings to collect wind. In this study, optimum shape of wind guide is developed, and proposed to combinate with the vertical wind turbine. Impact of parameters for wind guide is analyzed with several cases planned by Taguchi test plan. Front angle, rear angle, and roof angle are selected as key variables and changed into four different levels. By the experimental plan, totally, 64 cases are reduced to 16 cases of analysis. With optimum design of wind guide, the installed vertical axis wind turbines can be operated with maximum power output.

When the wind speed is measured by the met-mast sensor it is distorted due to the shadow effect of tower. In this paper the tower shadow effect is analyzed by a computational fluid dynamics code. First three dimensional modeling and flow analysis of the met-mast system were performed. The results were compared with the available experimental wind-tunnel test data to confirm the validity of the meshes and turbulence model. Two-dimensional model was then developed based on the three-dimensional works and experimental data. 2D analysis for various Reynolds numbers and turbulence strengths were then performed to establish the tower shadow effect database, which can be utilized as correction factors for the measured wind energy.

A wind turbine power performance test is very important to wind turbine manufacturers because a wind farm developer or planner must want to define power performance characteristics and reliability of new wind turbines. Based on the IEC 61400-12-1, A wind turbine test site has to be nicely installed at flat terrain for testing. We are developing the wind power system which is IEC wind class IIa model with rated power of 3MW. KEPCO's Gochang power testing center was considered as candidates to build the test site without site calibration. This paper aims to verify the validity of the test site by using implement site assessment result that was based on IEC 61400-12-1.

풍력개발 기술이 발전함에 따라 풍력발전시스템이 점차 대용량화되는 추세이며, 경제성 있는 풍력단지 건설을 위해 점차 대단지화 되어가고 있는 실정이다. 이로 인해 풍력 발전단가(Cost of electricity, COE)도 개선되고 있다. 풍황이 양호한 풍력발전단지의 경우, 풍력발전 COE는 현재 50~60원/kWh 수준으로 타 신재생에너지원에 비해 경쟁력이 높고, 석탄 화력의 COE와 비교해 봐도 동등한 수준 혹은 더욱 경쟁력 있는 수준으로 감소하였다. 풍력발전단지 조성을 위해서는 시스템의 효율과 고효율, 저비용의 풍력발전시스템을 풍황이 좋은 지역에 설치할 때 낮은 COE를 가지는 경제성 있는 발전단지가 가능하다. 동급 용량 풍력발전시스템을 같은 지역에서 설치하여 에너지생산량을 증대시키기 위해서는 블레이드 지름의 증가시켜 유량을 증가시키거나 타워의 높이를 증가시켜 풍속을 증가시키는 방안이 있다. 이 경우 블레이드 길이와 타워 높이 증가에 의한 시스템 비용의 증가가 발생하는데, 에너지생산량 증가에 의한 수익비용과 시스템 비용 증가에 의한 자본비용은 서로 반비례로 영향을 미친다. 이를 위해 최소의 COE의 최대의 순현재가치(Net Present Value, NPV)를 갖는 목적함수로 두고 블레이드의 최적 길이와 타워의 최적 높이를 선정하였다.

In variable-speed variable-pitch wind turbines, the conventional approach for controlling power-production operation relies on a generator-torque controller and a rotor-collective blade-pitch controller. Both controllers use the generator speed measurement as the sole feedback input. In order to mitigate unwanted excitation of the control system, many filters are adopted. In this study, the characteristics of some filters for signal processing are investigated based on frequency response function. They include low-pass filters, band-pass filters, and notch filters. Especially, this study focuses on design parameters of their filters.

A floating wind turbine dynamic simulation program, 'WindHydro', is newly developed. In order to investigate the characteristics of the program, a series of loading cases are simulated such as (1) wind only case, (2) free decay cases with initial displacement, (3) wave only case (4) wind and wave case. The simulations are carried out for the 5-MW OC3-Hywind model which has a spar buoy and catenary mooring lines. As a result, the reliability of WindHydro is verified in most viewpoints although additional study is still necessary to clear out some uncertainty of the program.

Nowadays, offshore wind energy experiences a rapid development because of its wind condition and no noise impact problem. Different from Europe, offshore wind is just started in Asia. More work and research are needed in Korea. In this work, a three-bladed upwind variable speed pitch controlled 5MW wind turbine on a jacket support structure is used. During the simulation, several design load cases are investigated in two different fully coupled aero-hydro-servo-elastic codes. Some critical loads on the foundation are compared and analyzed.

This study investigates the effects of Pierson-Moskowitz, Jonswap spectrum that are typical irregular wave spectrums for wind turbine system with jacket support structure. Also various offshore environmental parameters based on korean local condition were used in our study. The loads acting on the system was considered by referring to the Design Load Case from IEC guide line. And improved von Karman model was used as a turbulence model. As a result, various significant wave height and peak spectral period cause noticeable difference of extreme and fatigue loads prediction.

A large number of offshore wind turbines with fixed foundations have been installed in water depths up to 30 meters supporting 3-5MW wind turbines. Some floating platform concepts of offshore wind turbines were designed to be suitable for deployment in water depths greater than 60 meters. However the optimal design of this system in water depth 50 meters remains unknown. In this paper, a 5-MW wind turbine located on a TLP type platform was suggested for installation in this water depth. It is moored by a taut mooring line. For controlling the wind turbine always be operated at the upwind direction, one yaw controlling was attached at the tower. To study motion characteristics of this platform, a model was built with a 1/128 scale ratio. The model test was carried out in various conditions, including waves, winds and rotating rotor effect in the Ocean Engineering Wide Tank of the University Of Ulsan (UOU). The characteristic motions of the TLP platform were captured and the effective RAOs were obtained.

Due to less turbulence and no land limitation, offshore wind energy gets more attention than onshore. Jacket structure is regarded as a suitable solution for the water depth ranging from 30 to 80 meters. In general, joint stress concentration of jacket support structures affects their fatigue life. Nowadays, most jacket structures for offshore wind turbines have tubular X-joint between legs. In this paper, a study on X-joint stress concentration of offshore wind turbine jacket structure is performed by using 50m water depth model. Stress of X-joint on offshore environmental conditions are discussed.

The new and renewable energy today has a great interest in all countries around the world. In special it has need more limit of the fossil fuel that needs of low carbon emission among the social necessary conditions. Recently, the high-rise building demand the structural safety, the economic feasibility and the functional design. The high-rise building spends enormous energy and it satisfied the design in solving energy requirements. The requirements of energy for the building depends on the partly form wind energy due to the cladding of the building that came from the surroundings of the high-rise building. In this study of the wind energy, the cladding of the building was assessed a tentative study. The wind energy obtains from several small wind powers that came from the building or the surrounding of the building. In making a cladding the wind energy forms with wind pressure by means of energy transformation methods. The assessment for the building cladding was surrounded of wind speed and wind pressure that was carried out as a result of numerical simulation of wind environment and wind pressure which is coefficient around the high-rise building with the computational fluid dynamics. In case of the obtained wind energy from the pressure of the building cladding was estimated by the simulation of CFD of the building. The wind energy at this case was calculated by energy transform methods: the wind pressure coefficients were obtained from the simulated model for wind environment using CFD as follow. The concept for the factor of $E_f$ was suggested in this study. $$C_p=\frac{P_{surface}}{0.5{\rho}V^{2ref}}$$ $$E_c=C_p{\cdot}E_f$$ Where $C_p$ is wind pressure coefficient from CFD, $E_f$ means energy transformation parameter from the principle of the conservation of energy and $E_c$ means energy from the building cladding. The other wind energy that is $E_p$ was assessed by wind power on the building or building surroundings. In this case the small wind power system was carried out for wind energy on the place with the building and it was simulated by computational fluid dynamics. Therefore the total wind energy in the building was calculated as the follows. $$E=E_c+E_p$$ The energy transformation, which is $E_f$ will need more research and estimation for various wind situation of the building. It is necessary for the assessment to make a comparative study about the wind tunnel test or full scale test.

This paper presents a pitch controller which can hold output power constant at the rated value. Although wind turbine contains complicated nonlinearities, its behaviour within a certain operating range of a point can be approximated by that of a linear model. By doing so, we can apply rather simple and systematic linear control techniques such as PID and LQR(Linear Quadratic Regulator) to design a linear pitch controller. Because these linear controllers are valid only in a sufficiently small range around an operating point, linearized wind turbine model under the condition of varying wind speed needs a linear pitch controller can achieve the aims of tracking the rated rotor rotational speed. We propose an improved linear pitch controller taking each merit of LQR and PI controller under the condition of varying operating points in this paper.

A Counter-rotating wind turbine is one of the new concepts that are proposed to increase the performance of a wind turbine. It has two rotors rotating in the same axis, and it is known that its power coefficient can reach to 0.64 in the ideal case. While the BEMT is widely used to analyze the aerodynamic performance of wind turbines, the analysis of the counter-rotating wind turbine by using it is limited due to the aerodynamic interaction between the two rotors. In this study, the vortex lattice method is used to consider the effect of the front rotor on the rear rotor of the counter-rotating wind turbine and calculate the aerodynamic performance of it. The power and thrust sharing in the two rotors of the counter-rotating wind turbine are predicted and the total power and thrust are compared with that of a single rotor. Moreover, the wake convection and expansion rate is also compared with that of a single rotor.

풍력블레이드는 가벼워야 하며 강도면에서 신뢰성이 확보되어야한다. 최근 들어 복합소재를 적용한 블레이드가 많이 선보이고 있다. 현재 가장 많이 사용되는 유리섬유/에폭시는 경제성 및 강도면에서 우수하여 많이 사용되어왔다. 본 논문에서는 유리섬유(80%)-탄소섬유(20%)/에폭시를 사용하여 강도를 높이고 무게를 경감시켜 효율을 증가시키고자 연구하였다. 국내 풍황에 적합한 1kW급 풍력블레이드의 Airfoil을 개발하여 강도를 평가하고 블레이드를 최적화 설계하였다. 유리섬유(80%)-탄소섬유(20%)가 적용된 복합재를 적층방법에 따라 실험하고 이를 블레이드 강도평가에 적용하였으며 FSI (Fluid-Structure Interaction)를 사용하였다. 이를 통해 블레이드의 무게경감 및 강도가 향상되었다.

NREL NWTC Deside codes are analyzed and introduced to develop the system performance simulation program for wind turbine generator systems. In this paper, The AirfoilPrep generating the airfoil data, the IECWind generating hub-height wind data with extreme condition following IEC 61400-1, the TurbSim generating stochastic full-field turbulent wind data, the PreComp calculating structural and dynamic properties of composite blade and the BModes making mode shapes of blade and tower are explained respectively.

NREL NWTC Deside codes are analyzed and introduced to develop the system performance simulation program for wind turbine generator systems. In this paper, The FAST performing multi-body and flexible body dynamics, control and the AeroDyn calculating aerodynamic forces with airfoil data and wind data are explained. Furthermore, initialization and process for transfer of aerodynamic force between AeroDyn and FAST at each time step are also introduced.

Noise generated from wind turbines has been predicted by numerical methods. Sound pressure level(SPL) on the turbines is predicted after aerodynamic analysis is carried out by Wind Turbine Flow, Aeroacoustics and Structure analysis (WINFAS) code. The level of each panel of acoustic sphere is determined by the sum of tonal, turbulence ingestion and airfoil self noise. With the noise source database, the acoustic sphere, SPL on the ground is calculated using the model based on acoustic ray theory. The model has been designed to consider the effects on the condition of terrain and atmosphere. The variations of SPL on the ground occur not only because of the different source level but also because of the nonuniform distributions of the sound speed along the height. Hence, the profile of an effective sound speed which is the sum of the contribution of sound speed to a temperature gradient and a wind speed variation is used by the theory based on atmospheric stability. With the integrated numerical method, the prediction of sound propagation on the wind farm is carried out with the states of the atmospheric stability.

The detail simulation modeling of fully-fed induction generator is investigated through PC based MATLAB/Simulink environment. Generator's stator currents are controlled by indirect vector control method. In this method, generator side converter controls the maximum excitation (air gap flux) by stator d-axis current and controls generator torque by stator q-axis current. Induction generator speed is controlled by tip speed ratio (TSR) upon the wind speed variations in order to generate the maximum output power. The generator torque model is specified as a 3-blade wind turbine with rating, then, the model is simulated under normal operating condition and three different fault conditions. The matlab model designed for fully-fed induction generator based wind farm provides good performance under normal and grid fault conditions. It provides good results for different pwm techniques and fault conditions except the single-phase line to ground fault, which should be verified with real time data from wind farms.

Wind turbine pitch/yaw bearings are relatively big and have different operating conditions like very heavy load to support compared with widely used industrial bearings. Once pitch/yaw bearings failed, according to their special surroundings, serious damages like higher repair costs and additional costs by stopped electricity generation are occur. Therefore, pitch/yaw bearings must be designed to have enough strength and fatigue life under actual operating conditions. In this study, with finite element analysis, it was investigated that stress distribution between rolling elements and raceway and comparatively analyzed using widely used guideline (NREL DG03). Design parameters of wind turbine pitch/yaw bearings are also analyzed, and it could be used as reference for the large bearing design field.

We report on a direct measurement of two-dimensional chemical and electrical distribution on the surface of photovoltaic Cu(In,Ga)$Se_2$ thin-films using a nano-scale spectroscopic and electrical characterization, respectively. The Raman measurement reveals non-uniformed surface phonon vibration which comes from different compositional distribution and defects in the nature of polycrystalline thin-films. On the other hand, potential analysis by scanning Kelvin probe force microscopy shows a higher surface potential or a small work function on grain boundaries of the thin-films than on the grain surfaces. This demonstrates the grain boundary is positively charged and local built-in potential exist on grain boundary, which improve electron-hole separation on grain boundary. Local electrical transport measurements with scanning probe microscopy on the thin-films indicates that as external bias is increases, local current is started to flow from grain boundary and saturated over 0.3 V external bias. This accounts for carrier behavior in the vicinity of grain boundary with regard to defect states. We suggest that electron-hole separation at the grain boundary as well as chemical and electrical distribution of polycrystalline Cu(In,Ga)$Se_2$ thin-films.

High-efficient transparent conductive oxide (TCO) film-embedding Si heterojunction solar cells were fabricated. An improved crystalline indium-tin-oxide (ITO) film was grown on an Al-doped ZnO (AZO) template upon hetero-epitaxial growth. This double TCO-layered Si solar cell provided significantly enhanced efficiency of 9.23 % as compared to the single TCO/Si devices. The effective arrangement of TCO films (ITO/AZO) provides a good interface, resulting in the enhanced photovoltaic performances. It discusses TCO film arrangement scheme for efficient TCO-layered heterojunction solar cells.

집광채광 설비는 건축물의 조명에너지 절감 및 자연광의 실내 유입을 위해 적용 가능한 태양에너지설비로써 다른 신 재생 에너지 설비와 다르게 연간에너지생산에 대한 정량적 데이터가 아직까지 부재하다. 집광채광 설비의 설치효과를 판단하기 위해서는 집광채광 설비 설치에 따른 연간 에너지생산량 산출이 필요하며, 이를 위해서는 각 구성부분(집광부, 전송부 및 산광부)의 광전송 효율에 대한 데이터가 구축되어야 한다. 본 연구는 집광채광 설비의 효율 분석에 관한 첫 번째 단계로써 외부광속에 대한 집광부 통과 직후의 내부광속의 비율을 예측하였다. 국내에 보급된 집광채광 설비는 대부분 프리즘형과 광덕트형이며, 우선적으로 집광부 입사면의 경사각과 방위각이 다양하여 내부광속 산출방법론이 매우 복잡한 프리즘형을 분석대상으로 삼았다. 전일사량, 외부조도 및 집광부 내부조도가 측정되었으며, 외부광속으로부터 내부광속을 산출하는 공식을 유도하기 위해 천공상태에 따라 전일사량 측정치가 직산분리 되었다. Perez model과 Liu and Jordon에 의해 제시된 계산식과 입사면 및 집광부 면적을 고려하여 수평면 외부조도 측정치로부터 외부광속이 그리고 내부조도로부터 내부광속이 산출되었다. 입사면의 투과율이 동일하다는 전제 하에 천공상태에 따른 태양광 투과 비율을 도출한 결과, 담천공(Kt ${\leq}$ 0.3)에서 0.39, 부분담천공(0.3${\geq}$ 0.78)에서 1.0으로 나타났다. 도출된 투과비율을 외부광속에 적용하여 내부광속을 계산한 결과치와 측정치는 약 ${\pm}9%$ 정도의 차이를 보였다. 연간 기상데이터에 위와 같은 방법론이 적용되면 프리즘형 집광부의 연간 내부광속이 산출될 수 있다. 또한 기존 연구에서 제시된 발광효율 산출식과 일사 파장에 따른 시감도를 고려하면 매 시간별 외부조도도 산출이 가능하다. 일사량 측정치와 외부조도 측정치 사이의 상관관계를 분석한 결과 결정계수 $R^2$이 0.99인데 반해 일사량 측정치와 외부조도 계산치 사이의 상관관계 결정계수는 0.95로 측정치 보다 약간 작은 값을 갖는다. 이렇게 산출된 외부조도는 각 입사면의 면적을 반영하여 외부광속으로 변환되고, 앞서 산출된 천공상태별 투과비율이 적용됨으로써 내부광속이 도출될 수 있다. 이와 같은 집광부에 대한 연구를 바탕으로 향후 전송부와 산광부 효율을 도출하고 궁극적으로 집광채광 설비를 통해 실내에 전달되는 연간 빛에너지를 예측할 수 있을 것이다. 또한 본 연구의 방법론은 다른 형태의 집광채광 설비에도 적용이 가능할 것으로 판단되며, 국내 집광채광 설비의 연간 에너지생산량에 대한 폭 넓은 데이터 구축이 가능할 것으로 기대된다.

본 논문에서는 대용량 태양광 PCS의 병렬운전 알고리즘에 대해 제안한다. 제안한 알고리즘은 dc-link 전압을 이용하여 PCS를 독립적으로 제어한다. 일반적으로 태양광 PCS는 정격용량 또는 그 근처에서 최대 효율을 낸다. 제안한 알고리즘은 일사량이 적을 시 일부 PCS만 작동하도록 하여 전력 변환 효율을 높인다. 항상 모든 PCS가 작동하는 것이 아니라 필요한 수량만 작동하도록 하고, 작동하는 PCS도 순차적으로 바꿔서, 전제 시스템의 수명을 늘리는 효과도 있다. 또한 일부 PCS가 고장이 날 경우 다른 PCS가 작동하도록 하여 태양광 발전이 멈추지 않고 계속 발전할 수 있도록 한다.

전력수요가 적을 때 잉여전력을 저장하고 전력수요가 많은 시간대나 전기료가 비싼 시간대에 저장된 전력을 사용함으로서 전력의 활용 효율을 높이고, 전력공급 시스템을 안정화하기 위해 에너지저장시스템의 연구가 최근에 활발히 진행되고 있다. 또한 공장, 산업용빌딩이나 병원 등 고르고 안정적인 전력의 수요는 늘어나고 있으며, 화석 연료 고갈 문제로 인한 신재생에너지 발전의 중요성도 대두되고 있다. 본 논문에서는 무정전 전원장치, 태양광발전시스템, 에너지 저장 시스템을 모두 통합하였다. 제안한 시스템은 3상 인버터, 부스트 컨버터, 양방향 컨버터, 사이리스터 스위치로 구성된다. 인버터는 계통과 연계되거나 UPS 동작 시 AC 전력을 만든다. 부스트 컨버터는 태양광 패널과 연결되어 MPPT 제어를 수행한다. 양방향 컨버터는 잉여전력을 배터리에 저장을 하고, 전력이 부족할 시에는 배터리의 전력을 방전한다. 사이리스터 스위치는 정전 시 계통과 부하를 끊어주는 역할을 한다. 본 논문에서는 15kW급 시스템으로 구현하여 검증하였다.

염료감응형 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 저렴한 가격과 다양한 날씨 조건에서도 태양광과의 반응성이 안정하다는 여러 가지 장점을 갖고 있다. 하지만 광전 변환 효율이 기존의 실리콘 태양전지에 비해 현저히 떨어진다는 문제점과 장기적으로 안정하지 못하다는 단점을 가지고 있다. 이러한, 염료감응형 태양전지에서 크게 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있는 재료는 염료, $TiO_2$와 같은 반도체 산화물전극 재료, 전해질이다. 이 중 $TiO_2$의 특성 및 크기는 염료감응형 태양전지의 효율에 영향을 미친다. 염료감응형 태양전지의 광전 변환 효율을 증가시키기 위해서 $TiO_2$는 넓은 비표면적, 높은 전자의 이동성 및 태양광과의 우수한 반응성을 가져야 한다. Microwave hydrothermal 방법에 의해 제조된 hollow $TiO_2$를 염료감응형 태양전지에 적용시킬 경우 기존의 $TiO_2$의 광흡수 반응이 200~400 nm 사이에서 발생하는 반면, hollow $TiO_2$의 광흡수 반응은 기존의 UV 영역인 200~400 nm 뿐만 아니라 가시광 영역인 400~460 nm 에서도 광흡수 반응이 가능하기 때문에 염료감응형 태양전지에서 광전 변환효율을 증가 시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한, microwave hydrothermal법에 의해 제조된 hollow $TiO_2$는 150-200 nm의 크기를 갖으며 20-30 nm 크기의 $TiO_2$ particle들로 이루어져 있다. hollow $TiO_2$ (150-200 nm)를 기존의 $TiO_2$ (10-20 nm) 층 위에 올려 염료감응형 태양전지의 electrode에 적용할 경우 기존의 $TiO_2$ 단층을 이용한 것보다 우수한 light-scattering 효과를 갖게 되어 광전 변환 효율 증가에 긍정적인 영향을 미칠 것이다. 본 연구에서는 hollow $TiO_2$의 광학적 특성 및 결정성이 염료감응형 태양전지에 미치는 영향을 조사하였다. hollow $TiO_2$의 광학적 특성 및 결정성의 변화를 위하여 microwave hydrothermal 법의 합성 온도 및 합성시간에 변화를 주었다. hollow $TiO_2$의 광학적 특성은 UV-visible spectrometer를 이용하여 조사하였으며, hollow $TiO_2$의 형상과 결정학적 특성은 TEM과 SEM 그리고 X선 회절 분석을 이용하여 관찰되었고, hollow $TiO_2$의 비표면적 측정은 BET 측정법을 이용하였다. 또한 염료감응형 태양전지 cell을 제작하여 $100mW/cm^2$(AM 1.5G) 기준에서 광전 변환 효율을 측정하였다.

최근에 에너지 자원의 고갈이 다가오는 상황에서 태양전지 분야가 주목받고 있으며 이에 대한 시장이 급격하게 확대되고 있다. 그러나 현재의 태양전지는 주를 이루고있는 실리콘태양전지의 경우 원재료 수급이 불안정하여 가격 변동이 심하다. 따라서 이를 대체할 2세대 태양전지인 박막형 태양전지의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 박막형 태양전지 중에서도 주목받고 있는 것은 Cu(In,Ga)$Se_2$(CIGS)박막 태양전지이다. CIGS는 Ga의 농도에 따라 1.02~1.68eV의 다양한 에너지 밴드갭을 갖는 직접천이형 반도체 물질이다. 또한 $1{\times}10^5cm^{-1}$의 높은 광흡수계수를 가지고 있으며, $450{\sim}590^{\circ}C$의 고온공정에서도 매우 안정하여 열화현상이 거의 보이지 않아 박막형 광흡수층 재료로서 적합하다. 흡수층을 제조하는 방법은 여러 가지가 있지만, 본 연구에서는 균일성이 뛰어나고 원료사용효율이 높은 sputtering 방법을 사용하였다. 그리고 결정화하기위해서 유독기체를 사용하는 셀.렌.화. (selenization) 방법 대신 전자빔을 조사하는 방법을 채택하였다. sputtering을 통한 CIGS precursor을 제조하기위해 2~3개의 화합물target을 사용하는데, 대표적인 방법으로 동시에 sputtering하는 co-sputtering 방법과 각각의 단일 층을 쌓아 제조하는 stack형으로 분류된다. 본 연구는 CIGS precursor를 제조하기 앞서 CuGa 단일 층만을 제조하여 공정조건에 따른 박막을 제조하였다. 제조된 CuGa 단일층은 전자빔 처리에 따른 영향을 알아보기 위해 전자빔의 세기와 공정시간을 달리하여 특성을 알아보았다. 실험에서는 Cu:75wt%,Ga:25wt% 조성의 target을 사용하여 공정 압력을 각각 10~1mTorr로 변화시키며 실험을 실시하였으며 공정 power는 50W, 70W, 100W로 변화 시키며 실험을 실시하였다. 이때 실험의 초기진공은 turbo-molecular pump를 이용하여 $1{\times}10^{-6}torr$ 이하로 하였으며, Target과 기판사이의 거리는 모두 같은 조건으로 고정하여 실험을 실시하였다. 박막의 균일성을 증가시키기 위하여 5 rpm의 속도로 기판을 회전하였으며 기판 온도는 가열하지 않고 상온에서 전구체를 증착하였다. 그 후 전자빔의 세기를 고정 시킨 후 전자빔 조사 시간을 조절하여 전자빔 조사 전후의 특성을 각각 분석하였다. 전기적특성은 Hall effect, 4-point probe, 구조적 특성은 SEM,EDS, XRD, XRF 를 이용하여 분석하였다.

본 연구의 목적은 CIGS 태양전지의 두 가지 TCO층 중 AZO를 제외한 intrinsic ZnO의 전자빔 처리 영향에 대한 특성 분석을 하고자 함이다. 또한 추후 CIGS 태양전지를 제조하여 적용 시 전자빔 처리 전후의 특성이 어떻게 변하는지를 알아보기 위한 사전 실험이다. Intrinsic ZnO는 RF magnetron sputter 를 이용하여 약 100nm의 두께로 증착 하였다. 이때 공정 압력을 변수로 RF power는 80W로 설정 하였으며 Ar 분압은 10mtorr, 5mtorr, 1mtorr로 각각 달리 하며 증착 하였다. 이후 전자빔 처리를 위해 각각의 시편에 Argon flow 7sccm 상태에서 DC power 3kW, RF power 300W의 세기로 전자빔 처리를 실시 하였다. 전자빔 처리에 따른 전기적, 구조적 특성을 분석하기위해 Hall measurement와 SEM, XRD, UV-vis spectroscopy을 사용하였다. 먼저 Hall measurement 측정을 통한 전기적 분석 결과 비저항이 무한대에서 약 $40m{\Omega}{\cdot}cm$로 감소된 결과를 도출 할 수 있었으며, $2{\sim}3.4{\times}10^{18}/cm^3$ 이상의 carrier density 가 측정 되었다. UV-vis spectroscopy를 이용한 투과도 측정결과 모든 시편에서 Band gap이 감소하는 결과를 보였다. SEM, XRD를 이용한 분석결과 결정성 및 grain의 크기가 증가하는 결과를 얻을 수 있었다.

현재 태양전지시장에서 비중이 많은 실리콘 태양전지는 높은 효율에 비해 제조 단가가 비싸다는 단점을 가지고 있다. 이에 비해 칼코파라이트 구조의 $CuInSe_2$ (CIS)계 화합물은 직접 천이형 반도체로서 높은 광흡수 계수($1{\times}105cm-{\acute{e}1$)와 밴드갭 조절의 용이성 및 열적 안정성 등으로 인해 고효율 박막 태양전지용 광흡수층 재료로 많은 관심을 끌고 있다. CIS 계 물질에 속하는 Cu(InGa)$Se_2$ (CIGS) 태양전지의 경우 양산화에 sputtering방식사용하고 Showa Shell에서는 대면적 CIGS 모듈 효율 13.4%를 달성한 바 있다. 현재 CIGS는 열처리하는 방법으로 selenization 공정을 사용하는데 이 공정은 유독한 $H_2Se$ gas를 이용해야 한다는 점과 긴 시간 동안 열처리를 해야 하는 단점을 가지고 있다. 따라서 이러한 단점을 보완하기 위해 본 연구에서는 전자빔을 사용하여 후속 공정을 실시하였다. 전자빔을 사용할 경우 낮은 온도에서 precursor를 처리하며 짧은 시간에 공정이 끝난다는 장점이 있다. 본 연구에서는 sodalime glass위에 조성비(Cu 60.87% Se 38.66%)인 Cu_2Se$ target(4.002"${\times}0.123$") 을 DC sputter를 이용하여 DC power를 50W,100W를 주고 Working pressure를 20,15,10,5,3,1mtorr로 조절하여 증착하였다. 전자빔의 세기 조건을 3Kv, Rf power 200W, Ar 7sccm로 전자빔 조사 시간을 1,2,3,4,5min으로 늘려가며 최적화 실험 하였고 최적화된 조건으로 $Cu_2Se$ target에 조사 하였다. 박막의 특성평가는 전자빔 조사 전/후에 대해 XRD, SEM, XRF, Hall measurement, UV-VIS을 이용하여 분석평가를 하였다. 이 실험은 $Cu_2Se$상이 자라는 특성과 표면 상태에 따라 CIGS박막을 증착하였을 때 나타나는 효율 변화를 알아 보기위한 초기 공정 실험이다.

Dye-sensitized solar cells(DSSCs) have been recognized as an alternative to the conventional p-n junction solar cells because of their simple fabrication process, low production cost, and transparency. A typical DSSC consists of a transparent conductive oxide (TCO) electrode, a dye-sensitized oxide semiconductor nanoparticle layer, liquid redox electrolyte, and a Pt-counter electrode. In dye-sensitized solar cells, charge recombination processes at interfaces between coducting glass, $TiO_2$, dye, and electrolyte play an important role in limiting the photon-to-electron conversion efficiency. A layer of ZTO thin film less than ~200nm in thickness, as a blocking layer, was deposited by DC magnetron sputtering method directly onto the anode electrode to be isolated from the electrolyte in dye-sensitized solar cells(DSCs). This is to prevent the electrons from back-transferring from the electrode to the electrolyte ($I^-/I_3^-$). The presented DSCs were fabricated with working electrode of Ga-doped ZnO glass coated with blocking ZTO layer, dye-attached nanoporous $TiO_2$ layer, gel electrolyte and counter electrode of Pt-deposited GZO glass. The effects of blocking layer were studied with respect to impedance and conversion efficiency of the cells.

The conventional energy-production system by burning fossil fuels releases many pollutants and carbon dioxide($CO_2$) to the environment. Therefore, many countries pay attention to new and renewable energy and invest in the development of these new technologies for the future energy security. One of the most promising of these technologies is a photovoltaic system. In this study, Life Cycle Assessment(LCA) is carried out to analyse the environmental issues(e.g. global warming, abiotic resource depletion) of CdTe photovoltaic system. The spatial and temporal scope of this study was set in Korea during 2004~2005. We assumed that CdTe photovoltaic system was installed in Mokpo where the amount of solar irradiation was higher than other places in Korea. Based on the present data and some assumptions, greenhouse gas emission was 39.2g $CO_2$-eq./kWh. Therefore the electricity produced by CdTe photovoltaic system is more environmentally friendly than the conventional power generation system.

야금학적 정련 공정 중 슬래그 처리, 일방향 응고, 플라즈마-전자기유도용해 공정을 적용한 태양전지용 실리콘 제조 기술에 관한 연구를 수행하였다. 원소재인 금속급 실리콘을 제조하기 위해원재료로 규석, 코크스(Cokes), 숯, 그리고 우드칩(Wood chip)을 사용하였으며, 150kW급 DC 아크로(Arc furnace)를 이용하여 순도 99.8% 금속급 실리콘을 제조하였다. 제조된 용융 상태의 금속급 실리콘은 슬래그와 반응시켜 불순물을 제거하였다. SiO2-CaO-CaF2 계의 슬래그를 이용하였으며, 금속급 실리콘과 슬래그의 질량비 및 반응 시간에 따른 실리콘 불순물 특성을 평가하였다. 이후 고액 계면이 제어 가능한 일방향 응고 장치를 이용하여 금속불순물을 제거하였다. 고액상태의 온도 조건 및 응고 시간에 따른 불순물 농도 변화를 평가하였으며, 순도 6N급의 실리콘을 제조하였다. 마지막 공정으로 스팀 플라즈마 토치와 냉도가니가 적용된 전자기 유도 용해장치를 이용하여 붕소와 인을 제거하였다. 플라즈마 토치 가스로는 아르곤, 스팀, 수소를 이용하였다. 붕소와 인의 제거율은 각각 94%와 96%를 달성하였으며, 최종 순도 6N급의 실리콘을 제조하였다.

Dye-sensitized solar cell(DSSC) have been considered one of the promising alternatives to conventional solar cells, because of their low cost, easy fabrication and relatively high energy conversion efficiency. However, although the cell offers reasonable efficiency at least 11%, the use of a liquid electrolyte placed technological challenges for achieving the desired durability and operational stability of the cell. In order to prevent or reduce electrolyte leakage considerable efforts have been made, such as p-type semiconductor or organic hole-transport material that better mechanical properties and simple fabrication processes. In this work, we synthesized solid-state electrolyte containing LiI and KI metal salt with starting materials of poly ethylene oxide to substitute liquid electrolyte enhance the ionic conductivity and solar conversion efficiency. Li+ leads to faster diffusion and higher efficiency and K+ leading to higher ionic conductivity. The efficiency of poly ethylene oxide/LiI system electrolyte is 1.47% and poly ethylene oxide/potassium electrolyte is 1.21%. An efficiency of 3.24% is achieved using solid-state electrolyte containing LiI and KI concentrations. The increased solar conversion efficiency is attributed to decreased crystallinity in the polymer that leads to enhanced charge transfer.

This research aims to study the effects of the incidence angle and surface temperature on the power generation performance of a thin-film CIGS solar cell for solar powered unmanned aerial vehicles (UAVs). The test rig consists of a unit CIGS solar cell is installed on a table whose angle is controlled manually. A K-type thermocouple is attached to the solar cell surface for temperature measurements. A solar module analyzer measures the voltage and current generated from the test solar cell. The solar module analyzer also calculates the maximum solar power and efficiency of the solar cell. All test data are acquired in a PC. Test results show that the solar cell efficiency decreases significantly with increasing incidence angle and increasing surface temperature in general. As the incidence angle increases from 0 degree to 90 degree, the solar cell efficiency decreases by 60%. The solar cell efficiency decreases by 10% with increasing solar cell surface temperature from $20^{\circ}C$ to $30^{\circ}C$, for exmaple. The direct cooling method of the solar cell using dry ice decreases dramatically the solar cell surface temperature, thus increasing the solar cell efficiency by 15%.

The solar and meteorological resources map is calculated using by one-layer solar radiation model (GWNU model), satellites data and numerical model output on the Korean peninsula. The Meteorological input data to perform the GWNU model are retrieved aerosol optical thickness from MODIS (TERA/AQUA), total ozone amount from OMI (AURA), cloud fraction from geostationary satellites (MTSAT-1R) and temperature, pressure and total precipitable water from output of RDAPS (Regional Data Assimilation and Prediction System) and KLAPS (Korea Local Analysis and Prediction System) model operated by KMA (Korea Meteorological Administration). The model is carried out every hour using by the meteorological data (total ozone amount, aerosol optical thickness, temperature, pressure and cloud amount) and the basic data (surface albedo and DEM). And the result is analyzed the distribution in time and space and validated with 22 meteorological solar observations. The solar resources map is used to the solar energy-related industries and assessment of the potential resources for solar plant. The National Institute of Meteorological Research in KMA released $4km{\times}4km$ solar map in 2008 and updated solar map with $1km{\times}1km$ resolution and topological effect in 2010. The meteorological resources map homepage (http://www.greenmap.go.kr) is provided the various information and result for the meteorological-solar resources map.

고효율 염료감응 태양전지를 제작하기 위해 Sol-gel법을 사용하여 $TiO_2$ 분말을 제조하였다. 제조 과정 중 다양한 양의 nitric acid를 첨가하여 pH를 조절하였다. Sol-gel법을 위한 출발 물질로 titanium (IV) isopropoxide(TTIP)와 DI water를 사용하였으며 nitric acid은 0, 0.05, 0.1, 0.15의 몰비(nitric acid/TTIP)로 첨가하였다. 첨가한 결과 pH는 $22^{\circ}C$에서 각각 5.52, 2.26, 1.68, 1.38이었다. 얻어진 $TiO_2$ 콜로이드 용액은 결정성 있는 분말로 제조 후 $5{\times}5[mm^2]$ 크기의 염료감응 태양전지를 제작하는데 사용 되였다. $TiO_2$의 결정구조 및 형태는 cell의 XRD와 FE-SEM으로 분석되었고 전기화학적 특성을 분석하기 위해 irradiation of AM 1.5 ($100mW/cm^2$) simulatedsunlight에서 I-V 곡선을 측정하였다. 측정 결과 몰비(nitric acid/TTIP) 0.05, pH가 2.26일 때 가장 우수한 효율 특성을 보였다.

We studied the performance of CdSe nanoparticle in the active layer of organic photovoltaics (OPVs) by changing concentration of the CdSe NPs in the P3HT:PCBM layer. We observed that the absorption peak value gradually increases with the increasing amount of CdSe NPs at 600nm wave length. However, the electrical properties of OPVs correspond less with the tendency of UV/visible result. The highest performance was shown with 10% of CdSe NPs. The device performance decreased after 10% of CdSe NPs, this shows the dependencies of performanc of hybrid solar cells on the CdSe NPs loading amount. The resulting OPVs with 10 % of CdSe NPs show a short circuit current density ($J_{sc}$) of $6.96mA/cm^2$, open circuit voltage ($V_{oc}$) of 0.61V, fill factor (FF) of 0.59, and power conversion efficiency (PCE) of 2.53% under AM 1.5 ($100mW/cm^2$).

Dye-sensitized solar cells (DSSC) have recently been developed as a cost-effective photovoltaic system due to their low-cost materials and facile processing. The production of DSSC involves chemical and thermal processes but no vacuum is involved. Therefore, DSSC can be fabricated without using expensive equipment. The use of dyes and nanocrystalline $TiO_2$ is one of the most promising approaches to realize both high performance and low cost. The efficiency of the DSSC changes consequently in the particle size, morphology, crystallization and surface state of the $TiO_2$. Nanocrystalline $TiO_2$ materials have been widely used as a photo catalyst and an electron collector in DSSC. Front electrode in DSSC are required to have an extremely high porosity and surface area such that the dyes can be sufficiently adsorbed and be electronically interconnected, resulting in the efficient generation of photocurrent within cells. In this study, DSSC were fabricated by an screen printing for the $TiO_2$ thin film. $TiO_2$ nanoparticles characterized by X-ray diffractometer (XRD) and scanning electron microscope (SEM) and scanning auger microscopy (SAM) and zeta potential and electrochemical impedance spectroscopy(EIS).In addition, DSSC module was modeled and simulated using the SILVACO TCAD software program. Improve the efficiency of DSSC, the effect of $TiO_2$ thin film thickness and $TiO_2$ nanoparticle size was investigated by SILVACO TCAD software program.

CIS(CuInSe2)계 화합물 태양전지는 높은 광흡수계수와 열적 안정성으로 고효율 태양전지 제조가 가능하여 태양전지용 광흡수층으로 매우 이상적이다. 미국 NREL에서는 이러한 CIGS 태양전지를 Co-evaporation 방법으로 제조 20%이상의 에너지 변환 효율을 달성하였다고 보고하였다. CIGS 태양전지의 경우 기존의 유리 기판 대신 유연한 철강 기판을 사용해 태양 전지를 flexible하게 제조 할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 flexible 태양전지의 경우 기존의 rigid 태양전지의 적용분야 뿐만 아니라 BIPV, 선박, 장난감, 군용, 자동차등 더욱 더 많은 분야에 활용이 가능하다. 본 연구에서는 기존의 rigid한 기판인 soda lime glass와 flexible 기판인 stainless steel 기판으로 소자를 제조하여 효율을 비교 분석 및 stainless steel 기판의 표면 처리 방법에 따라서 표면 조도의 특성을 분석하여 stainless steel 기판별 효율 특성도 비교 분석 하였다. 후면전극으로는 약 $1{\mu}m$의 Mo를 DC Sputtering 방법을 이용하여 증착하였고, CIGS 광흡수층은 약 $2.5{\mu}m$의 두께로 미국의 NREL과 같은 3 stage 방식을 이용하여 광흡수층을 Co-Evaporation 방법으로 제조하였고, 버퍼층인CdS는 약 50nm의 두께로 CBD 방법으로 제조 하였으며, 창층인 ZnO는 약 500nm 두께로 RF Sputtering 방법으로 제조 하였고, 마지막으로 약 $1{\mu}m$ 두께의 Al 전면전극은 Thermal Evaporation 방법으로 제조 하였다. 소자의 물리적, 전기적 특성을 분석하기위해 FE-SEM, AFM, Solar Cell Simulator 분석을 실시하였다.

국립기상연구소는 2000년부터 2010년까지(11년)의 위성자료와 수치모델의 재분석 자료를 이용하여 한반도영역에 대해서 $4km{\times}4km$ 해상도의 태양-기상자원지도를 계산하였다. 이러한 태양-기상자원지도를 기반으로 GIS 분석도구를 이용하여 지역별 태양에너지의 분포와 지역별 태양광의 기후특성을 분석하였다. 연구영역의 행정구역을 구분하고 각 지역별 에너지분포 및 변화특성을 쉽게 분석하기 위하여 GIS 분석도구를 사용하였다. 평균 연누적 태양에너지 자료를 분석한 결과 한반도에서는 경상도가 가장 풍부한 태양광에너지를 받고 있었으며 특히 대구광역시(5047MJ), 부산광역시(5019.4MJ)가 높게 나타났다. 북한지역에서는 함경남도(4719.1MJ)가 가장 풍부한 자원을 가지고 있는 것으로 나타났다. 월별 분포를 분석한 결과 대체로 연누적과 동일하게 남부지방의 경상도가 높은 태양광 에너지를 나타났다. 특히 7월 등의 여름철은 1월에 비해 절대적으로 에너지양이 많았다. 그러나 위도 38도를 중심으로 빈번한 장마전선을 동반한 구름의 이동으로 중부지방이 남부지방과 북부지방에 비해 낮게 나타났다. 또한 2000년 1월부터 2010년 12월까지 월별 시계열 변화를 분석해본 결과 한반도 전역에서 태양광의 증가추세가 나타났다. 특히 부산광역시는 10년간 3.75MJ이 증가하였으며, 서울특별시는 3.645MJ/decade, 함경북도는 3.499MJ/decade의 증가경향을 보였다. 월별 시계열 그래프를 보면 2003년 8월과 2005년 4월을 기준으로 3부분에서 다른 특성이 나타나는데 이것은 각 구간별로 구름산출을 위하여 사용된 정지기상위성이 다르기 때문이다. 각 구간에서 사용된 위성은 GMS-5(2003년 8월 이전), GOES-9(2003년 8월~2005년 3월) 그리고 MTSAT-1R(2005년 4월이후)이다. 추후에는 태양광 자원이 풍부한 지역에 대해서 더욱 상세하게 태양광 에너지의 분포와 변화를 분석해보자 한다. 이러한 지역별 자원분석 자료는 지방자치단체들이 신재생에너지 개발계획을 세우는데 도움을 줄 수 있을 것이다.

BSF 후면전계효과는 태양전지의 개방전압 증가를 결정하며 효율에 매우 중요한 요인이다. 본 연구에서는 p-type에서의 후면전계효과를 확인하기 위해 PC1D 시뮬레이션(Simulation)을 통해 p+ 영역의 표면농도와 깊이에 따른 전기적 특성을 분석 하였다. 최적효율을 찾기위해 면저항을 $30{\Omega}/{\square}$으로 고정하고 깊이와 표면 농도값을 가변하였다. 최적화 결과 표면농도값이 작아지고 깊이가 커질수록 효율이 좋아지는 경향이 나타났으며 Peak doping=$5{\times}10^{18}cm^{-3}$, Juction depth=12.52um에서 최고효율 19.14%를 얻을 수 있었다. 본 시뮬레이션을 바탕으로 실제 태양전지 제작 과정에 적용 가능하다. p-type 태양전지 제작에서 후면의 p+ 영역의 깊이를 증가시키고, 표면 농도를 낮추는 공정을 통해 효율향상을 기대 할 수 있다.

This study presents a new method for coupling ArcGIS (popular GIS software) with TRaNsient SYstems Simulation (TRNSYS, reference software for researchers and engineers around the world) to use capabilities of the 4 and 5-parameter PV array performance models within the ArcGIS environment. Using the validated and industry-proven solar energy simulation models implemented in TRNSYS and other built-in ArcGIS functionalities, dynamic characteristics of distributed PV potential in terms of hourly, daily or monthly power outputs can be investigated with considerations of diverse options in selecting and mounting PV panels. In addition, the proposed method allows users to complete entire procedures in a single framework (i.e., a preliminary site survey using 3D building models, shading analyses to investigate usable rooftop areas with considerations of different sizes and shapes of buildings, dynamic energy simulation to examine the performances of various PV systems, visualization of the simulation results to understand spatially and temporally distributed patterns of PV potential). Therefore tedious tasks for data conversion among multiple softwares can be significantly reduced or eliminated. While the programming environment of TRNSYS is proprietary, the redistributable executable, simulation kernel and simulation engine of TRNSYS can be freely distributed to end-users. Therefore, GIS users who do not have a license of TRNSYS can also use the functionalities of solar energy simulation models within ArcGIS.

태양광 모듈의 효율 증가를 위한 고효율태양전지개발, 광투과율향상, 모듈의 대형화 등 많은 연구개발이 이루어지고 있다. 이중 우리는 태양광 모듈의 후면 sheet인 Back sheet의 특성 및 온도 변화에 따른 모듈의 전기적 출력 특성 변화에 대한 연구를 실시하였다. Back sheet의 두께, 재질, 색상 등 종류는 다양하다. 여기서는 백시트의 색상을 중점으로 White, Blue, Black 3가지와 Glass까지 총 4가지 종류를 가지고 반사율을 측정하고, 모듈화 했을 때 출력을 비교하였다. 그리고 온도별로 효율값을 측정하여 백시트의 색상 종류에 따라서 어떠한 차이가 있는지 비교하였다.

A study of the non-linear optical properties of nanocrystal-Si embedded in SiO2 has been performed by using the z-scan method in the nanosecond and femtosecond ranges. Substoichiometric SiOx films were grown by plasma-enhanced chemical-vapor deposition(PECVD) on silica substrates for Si excesses up to 24 at/%. An annealing at $1250^{\circ}C$ for 1 hour was performed in order to precipitate nanocrystal-Si, as shown by EFTEM images. Z-scan results have shown that, by using 5-ns pulses, the non-linear process is ruled by thermal effects and only a negative contribution can be observed in the non-linear refractive index, with typical values around $-10-10cm^2/W$. On the other hand, femtosecond excitation has revealed a pure electronic contribution to the nonlinear refractive index, obtaining values in the order of 10-12 cm2/W. Simulations of heat propagation have shown that the onset of the temperature rise is delayed more than half pulse-width respect to the starting edge of the excitation. A maximum temperature increase of ${\Delta}T=123.1^{\circ}C$ has been found after 3.5ns of the laser pulse maximum. In order to minimize the thermal contribution to the z-scan transmittance and extract the electronic part, the sample response has been analyzed during the first few nanoseconds. By this method we found a reduction of 20% in the thermal effects. So that, shorter pulses have to be used obtain just pure electronic nonlinearities.

We report on a detailed study on gap-state distribution in thin amorphous silicon layers(a-Si:H) with film thickness between 5 nm and 20 nm c-Si wafers performed by UV excited photoelectron spectroscopy(UV-PES). We measured how the work function, the gap state density, the position of the Fermi-level and the Urbch-energy depend on the layer thickness and the doping level of the ultra thin a-Si:H(n) layer. It was found, that for phosphorous doping the position of the Fermi level saturates at $E_F-E_V$=1.47 eV. This is achieved at a gas phase concentration of 10000 ppm $PH_3$ in the $SiH_4/H_2$ mixture which was used for the PECVD deposition process. The variation of the doping level from 0 to 20000 ppm $PH_3$ addition results in an increase of the Urbach energy from 65 meV to 101 meV and in an increase of the gap state density at midgap($E_i-E_V$=0.86eV) from $3{\times}10^{18}$ to $2{\times}1019cm^{-3}eV^{-1}$.

본 연구에서는 박막 태양전지용 투명전극으로 사용하기 위해서 Gun-type RF 마그네트론 스퍼트링을 이용하였다. 챔퍼안의 타겟은 AZO타겟(Zn: 98[wt.%], Al:2[wt.%]을 장착하였고 공정압력은 고진공을 유지하였다. 온도는 $300^{\circ}C$로 고정하였고 전력은 70W로 고정하였다. $Ar^+$ 가스유량비를 20sccm~100sccm으로 변화를 주어 기판 위에 AZO를 증착하여 AZO의 구조적 및 광학적 특성의 의존성을 알아보았다. 모든 가스변화에서 400에서 700 nm까지의 가시광 영역에서의 AZO 박막의 평균 투과도는 약 85% 이상의 우수한 투과율을 보인다. AZO 박막 내의 결정 구조는 (002)면으로 우선 배향을 하는 wurtzite 구조를 가지며, $Ar^+$변화에 의해 두께가 증가하면서 결정립의 주상 (columnar) 성장이 향상되고 결정립의 크기도 증가한다. 이러한 경향성은 $Ar^+$변화에 의해 결정성이 향상된다는 것을 의미한다. 이와 같은 구조 및 광학 특성을 가지는 유리 기판 위에 증착된 AZO는 박막 태양전지용 투명 전극으로 응용이 가능할 것이다.

The structural, optical, and electrical properties of Ga-doped ZnO (GZO) thin films on glass substrates grown by radio-frequency(RF) magnetron sputtering were investigated. The flow ratio of Ar was varied as a deposition parameter for growing high-quality GZO thin films. The structural properties and surface morphologies of GZO were characterized by the X-ray diffraction. To analyze the optical properties of GZO, the optical absorbance was measured in the wavelength range of 300-1100 nm by using UV-VIS spectrophotometer. The optical transmittance, absorption coefficient, and optical bandgap energy of GZO thin films were calculated from the measured data. The crystallinity of GZO thin films is improved and the bandgap energy increases from 3.08 to 3.23eV with the increasing Ar flow ratio from 10 to 100 sccm. The average transmittance of the films is over 88% in the visible range. The lowest resistivity of the GZO is $6.215{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$ and the hall mobility increases with the increasing Ar flow ratio. We can optimize the characteristics of GZO as a transparent electrode for thin film solar cells by controlling Ar flow ratio during deposition process.

To guarantee 20-25 years to the lifetime of the PV modules without failure, reliability test of the module is very important. Field-aged test of the outdoor environment is required. However, due to time constraints, accelerated testing is required to predict the lifetime of PV modules and find causes of failure. Failure is caused by many complex phenomena. In this study, we experimented two accelerated tests about corrosion and fatigue, respectively. First, temperature cycling test for fatigue were tested and Coffin-Manson equation was analyzed. Second, damp heat test for corrosion were tested and Eyring equation were analyzed. Finally, using two-mode failure model, we suggest a new lifetime model that analyze the phenomenon by combining two kinds of data.

To analyze the phenomenon of corrosion in the PV module, we experimented damp heat test at $85^{\circ}C$/85% relative humidity(RH) and $65^{\circ}C$/85% RH for 2,000 hours, respectively. We used 30 mini-modules designed of 6inch one cell. Despite of 2,000 hours test, measured $P_{max}$ is not reached failure which is defined less than 80% compared to initial $P_{max}$. Therefore, we calculate proper curve fitting over 2,000 hours. Data less than 80% $P_{max}$ is found and B10 lifetime is calculated by the number of failure specimens and weibull distribution. Using B10 lifetime that the point of failure rate 10% and Peck's model, the predictable equation of lifetime was derived under temperature and humidity condition.

결정질 실리콘 웨이퍼를 이용한 고효율 태양전지를 제작하기 위해서는 반드시 고려해야 할 주요 인자들이 있다. 그 중에서도 Base resistivity, Thickness, Doping concentration, Texture size, Texture angle등의 주요 인자를 PC1D 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 최적화 해 보았다. 그 결과, Base resistivity값은 낮을수록 좋으나 지나치게 낮을 경우 재결합으로 인해 효율이 떨어지기 때문에 Base resistivity = $1{\Omega}{\cdot}cm$에서 최대 효율을 얻을 수 있었다. 또한, Thickness는 두꺼울수록 R=${\rho}$(L/A)의 식에 의해 직렬저항이 증가하여 효율이 감소하므로 Thickness = $200{\mu}m$ 정도가 적정 값임을 확인할 수 있었다. Doping concentration의 경우 높을수록 재결합으로 인해 효율이 떨어지며 Doping concentration = $3.69{\times}10^{-20}cm^{-3}$에서 가장 좋은 효율을 보였다. Textrure size와 Textrure angle은 그 값이 클수록 빛의 흡수 정도가 증가해 효율이 증가함을 볼 수 있었고 Textrure size = $2{\sim}4{\mu}m$, Texture angle = $79^{\circ}$에서 높은 효율을 보여주었다. 이와 같은 조건에서 고효율 태양전지를 제작을 위한 시뮬레이션을 한 결과, 16.23%의 변환효율을 얻을 수 있었다.

다중접합 태양전지는 흡수대역이 다른 juntion으로 구성되어, 각각의 태양전지 간의 전류정합(current matching)이 효율 향상에 중요하다. 본 실험에서는 Top cell에 i-a-Si:H(Thinckness:100nm), Middle cell에는 i-a-SiGe:H(Thickness:800nm)을 적용하였고, bottom cell에는 i-${\mu}c$-Si:H(Thickness:1800nm), 수광부의 p-layer에 에 SiOx을 이용하여 triple juntion amorphous silicon solar cell(삼중접합태양전지)을 구현하였다. 이를 최적화 시키기 위해 ASA simulation을 이용하여 각 Cell의 intrinsic layer의 밴드갭을 가변하였다. 가변 결과 i-a-Si:H : 1.85 eV, i-a-SiGe:H: 1.6 eV, i-${\mu}c$-Si:H: 1.4 eV에서 태양전지 효율 14.5 %을 기록 하였다. 본 연구를 통해 Triple juntion cell에서의 intrinsic layer의 밴드갭 최적화를 구현해 볼 수 있었다.

a-Si 박막 태양전지는 a-Si:H을 유리 기판 사이에 주입해 만드는 태양전지로, 뛰어난 적용성과 경제성을 지녔으나 c-Si 태양전지에 비해 낮은 변환 효율을 보이는 단점이 있다. 변환 효율을 높이기 위한 연구 방법으로는 a-Si 박막 태양전지 단일cell 제작 시 high Bandgap을 가지는 p-layer를 사용함으로 높은 Voc와 Jsc의 향상에 기여할 수 있는데, 이 때 p-layer의 defect 증가와 activation energy 증가도 동시에 일어나 변환 효율의 증가폭을 감소시킨다. 이를 보완하기 위해 본 실험에서는 p-layer에 기존의 p-a-Si:H를 사용함과 동시에 high Bandgap의 buffer layer를 p-layer와 i-layer 사이에 삽입함으로써 그 장점을 유지하고 높은 defect과 낮은 activation energy의 영향을 최소화하였다. ASA 시뮬레이션을 통해 a-Si:H보다 high Bandgap을 가지는 a-SiOx 박막을 사용하여 p-type buffer layer의 두께를 2nm, Bandgap 2.0eV, activation energy를 0.55eV로 설정하고, i-type buffer layer의 두께를 2nm, Bandgap 1.8eV로 설정하여 삽입하였을 때 박막 태양전지의 변환 효율 10.74%를 달성할 수 있었다. (Voc=904mV, Jsc=$17.48mA/cm^2$, FF=67.97).

결정질 실리콘 웨이퍼의 전면 재결합 속도, 비저항은 태양전지 특성에 영향을 끼치는 중요한 요소이다. 태양전지의 최종목표인 효율에 미치는 영향을 알아보기 위해 패시베이션 처리된 n-형 웨이퍼를 사용한 태양전지에서 웨이퍼의 비저항과 전면 재결합 속도를 조절하였고 그에 따른 변환 효율과 기본 파라미터 값의 변화를 확인하였다. PC1D를 사용하여 시뮬레이션을 수행하였으며 이론적으로 비저항 = $0.06557{\Omega}{\cdot}cm$, 전면 재결합 속도 = 100cm/s에서 18.46%의 효율을 얻을 수 있었다.

일반적으로 결정질 실리콘 태양전지에서는 junction depth가 얕아짐으로써 단파장 영역에서의 수집효율이 향상되고 Jsc가 상승하기 때문에 junction depth가 얕은 것이 좋다. 또, 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 낮은 재결합 속도가 필요한데 이를 위해서도 얕은 junction depth가 필요하다. 하지만 junction depth가 너무 얕으면 FF와 Voc가 낮아져 효율이 떨어지므로 junction depth를 최적화 할 필요가 있다. 본 논문에서는 PC1D 시뮬레이션을 사용하여 표면 농도를 고정시키고 junction depth를 가변하면서 이에 따른 cell의 parameter변화를 관찰하였다. 그 결과, 면저항 $120{\Omega}/{\square}$에서부터 효율이 saturation되었고, 그에 따른 parameter 값은 FF=76.28%, Jsc=$38.17mA/cm^2$, Voc=596.5V이며 junction depth가 $0.1726{\mu}m$일 때 효율은 17.37%이다.

석석탄가스화 기술은 고온, 고압 조건에서 미분탄과 산소의 가스화 반응에 의해 CO와 $H_2$가 주성분인 합성가스를 제조하는 기술로서 차세대 화력발전 뿐만아니라 다양한 화학원료 제조를 위한 분야에서 각광을 받고 있다. 또한, 가스화 기술은 향후 CCS기술, CTL(Coal To Liquid, 석탄액화)기술, SNG(Synthetic Natural Gas, 합성천연가스)생산, 수소생산, 각종 화학원료 생산 등과 연계가 가능한 미래 석탄이용 분야의 핵심 기술이라 할 수 있다. 따라서, 고등기술연구원에서는 이러한 석탄가스화를 통해 양질의 합성가스를 제조하기 위한 기술 개발의 일환으로 pilot급 고온, 고압 건식 분류층 가스화기, 기류수송 방식의 미분탄공급장치, 수냉자켓 구조의 합성가스 냉각장치, 합성가스 중 분진제거를 위한 금속필터 장착 집진장치 등을 연계하여 20기압의 고압 조건에서 장시간 연속운전을 진행하였다. 본 연구에서는 미분탄 공급을 위하여 상부공급 버너를 적용하였고 석탄가스화기는 $1,300{\sim}1,350^{\circ}C$ 정도의 온도에서 운전을 진행하였으며 미분탄을 75 kg/h의 조건에서 연속적으로 공급하였다. 그리고, 이러한 조건에서 5.5일 정도의 연속운전을 진행하는 동안 CO 44~48%, $H_2$ 20~21%, $CO_2$ 4~5% 조성의 석탄 합성가스를 $200Nm^3/h$ 안정적으로 제조할 수 있었다.

300MW 급 태안 IGCC 가스화 플랜트 및 기존 발전소에 CCS 를 설치할 경우에 대해 기술 타당성 검증을 목적으로 CCS 모델링을 수행하였다. CCS Case Studies 는 플랜트 운전부하에 따른 $CO_2$ 제거율, $H_2S$ 제거율, 소모동력 범위 등 플랜트 성능을 예측할 수 있다. Case Studies 결과를 활용하여 설계된 CCS 설비 용량이 운전범위에 적합한지를 판단할 수 있고 과잉 설계되었을 경우 플랜트 건설비를 절감할 수 있다. IGCC 가스화 플랜트에서 생산되는 합성가스의 $CO_2$ 분압, 목표 $CO_2$ 제거율, 경제성을 기준으로 적합한 CCS 공정을 판단한 결과 Selexol 공정이 선정되었다. Selexol 공정은 고압, 고농도의 산성가스 제거에 적합하며 다른 물리적 용매인 Rectisol 공정에 비해 건설비용이 경제적이고 화학 흡수제인 아민과 비교하여 운전 온도 범위가 넓다. CO, $H_2O$ 를 $CO_2$, $H_2$ 로 전환하는 Water Gas Shift Reaction (WGSR) 공정은 Co/Mo 촉매 반응기로 구성되었고 Selexol 공정은 $H_2S$ Absorber, $H_2S$ Stripper, $CO_2$ Absorber, $CO_2$ Flash Drum 로 구성되었다. WGSR+Selexol 모델링은 Wet Scrubber 후단의 합성가스 (40.5 bar, $136{\sim}139^{\circ}C$) 를 대상으로 하였다. WGSR+Selexol 공정 운전 조건 변화 [Process Design Case(PDC), Equipment Design Case(EDC), Turndown Design Case(TDC)] 에 따른 플랜트 모델링 결과를 비교분석 하였다. 주요 분석 내용은 WGSR 설비에서의 CO 의 $CO_2$ 전환 효율, Selexol 설비에서 $CO_2$ 제거 효율, $H_2S$ 제거 효율이다. 모델링 결과 WGSR 설비에서의 CO 의 $CO_2$ 로의 전환율 99.1% 이상, Selexol 설비에서 $CO_2$ 제거율은 91.6% 이상, $H_2S$ 제거율 100%이었다. CCS 설비 설치에 따른 플랜트 성능 영향을 분석하기 위해서 CCS 설비의 Chiller, Compressor, Pump 소비동력을 계산하였다. 모델링 결과 Chiller 는 2.6~8.5 MWth, Compressor 는 3.0~9.6 MWe, Pump 는 1.4~3.0 MWe 범위 이었다. 플랜트 로드가 50%인 TDC 소모동력은 플랜트 로드가 100%인 PDC 소모동력의 절반 수준이었다. 합성가스를 WGS+Selexol 공정을 통해 수소가스로 전환시키면 가스터빈 연료가스의 Lower Heating Value (LHV) 값이 평균 11.5% 감소하였다.

분류층 석탄가스화기에서 슬래그의 원활한 배출은 가스화 플랜트 운전 및 성능에 중대한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 가스화기의 운전 온도에서 슬래그 점도가 일정수준 이상인 경우에는 가스화기 하부 슬래그 배출구 막힘 현상을, 일정 수준 이하일 경우에는 Membrane wall의 slag 두께가 얇아져 가스화기 수냉벽에 열적 악영향을 미친다. 가스화기의 안정적인 운전을 위한 석탄 선정 시, 석탄 슬래그의 용융온도 및 점도의 파악이 중요하다. 일반적으로 석탄슬래그의 용융온도는 ASTM D-1857 절차에 따른 환원분위기에서의 회융유온도(FT)측정을 통해, 점도는 고온점도측정 실험을 통해 분석하고 있다. 이런 실험적인 분석방법은 다양한 슬래그조성 및 온도 변화에 따른 영향을 살펴보기에는 많은 시간과 비용이 발생하므로 슬래그조성 및 온도 변화에 따른 용융온도 및 점도 예측이 필요하다. 본 연구에서는 200여 탄종의 회용유점 측정 결과와 FactSage에서 예측되는 슬래그 결정상 생성 및 회용유점(FT)에서의 고체분율과의 상관관계를 분석하였다. 이를 바탕으로 다양한 Ash 조성(SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO)에 대한 회용유점(FT)을 예측할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 또한 50여 탄종의 슬래그 점도 측정 결과를 Facsage에서 예측되는 결정상 종류 및 Ash 조성을 기준으로 분류하였다. 결정상 종류 및 Ash 조성을 기준으로 기존 슬래그점도예측모델를 활용하여 보다 정확한 슬래그 점도 예측 프로세스를 개발하였다. 본 연구 결과는 플랜트 운전 결과 검증을 통하여 석탄 가스화 플랜트에 적합한 석탄의 선정, 혼탄 비율 및 첨가제 투입량 결정을 위해 활용될 것으로 기대된다.

합성천연가스(SNG: Synthetic Natural Gas)를 얻기 위해, 석탄 가스화로부터 얻은 합성가스는 일반적으로 수소와 일산화탄소의 비가 3.0($H_2$/CO)이 되도록 수성가스전환(WGS)반응을 거친 후 메탄화반응기로 유입되며, 가능하면 낮은 온도에서 메탄 전환율이 높은 메탄화 반응의 특성상 강한 발열반응이 수반되므로 이를 낮추는 것이 중요하다. 또한, 최종생성물내의 메탄 농도를 높이기 위해 WGS 이후 탈황과 동시에 이산화탄소를 제거하기 위한 공정이 요구된다. 본 연구에서는 정제된 합성가스의 WGS와 이산화탄소 제거가 생략된 공정을 개발하기 위해, 상업용 촉매에 대하여 수소의 농도가 낮은 합성가스를 이용하여 스팀과 이산화탄소에 대한 메탄화반응 특성을 평가하였다. 또한, 이산화탄소의 존재여부에 따라 스팀으로 메탄화반응과 WGS가 동시에 일어날 수 있는 최적의 운전조건을 얻고자 하였다.

As a demand for energy, many studies are increasing about energy resource. One of these resources is coal which reserves of underground. A lot of research to use coal is going on as method of IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle). In addition, SNG(Substitute Natural Gas) and IGFC (Integrated Gasification Fuel Cell) are also being developed for fuel & electricity. This technology which uses synthesis gas after gasification is to produce electricity from the Fuel Cell. At this point, important thing is the components of synthesis gas. The main objective is to increase the proportion of methane and hydrogen in synthesis gas. The catalytic gasification is suitable to enhance the composition of methane and hydrogen. In this study, Exxon Predevelopment catalyst gasification study was served as a good reference and then catalytic gasification simulation process is conducting using Aspen Plus in this research. For this modelling, kinetic value should be calculated from Exxon's report which is used for modeling catalytic gasification. Catalytic gasification model was performed by following above method and was analyzed by thermodynamic method through simulation results.

석탄가스화 기술은 고온, 고압 조건에서 석탄과 산소의 불완전연소 및 가스화 반응을 통해 일산화탄소(CO)와 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조하여 이용하는 현실적인 에너지원의 확보를 위한 방법인 동시에 이산화탄소를 저감할 수 있는 기술이다. 석탄가스화기 공급되는 석탄은 산소와의 부분 산화, 수증기 및 $CO_2$와의 반응에 의하여 합성가스로 전환되는데, 일반적으로 슬래깅 방식 석탄가스화기의 정상운전 중에 가스화기 내부 온도는 $1,400{\sim}1,600^{\circ}C$ 정도의 고온이며, 운전압력은 20~60 기압으로 매우 고압 상태에서 운전이 이루어지는데, 공급되는 석탄 시료의 성분들 중 가연성 물질의 99% 이상이 합성가스로 전환되는 반면, 회분에 해당되는 무기물의 대부분은 용융 슬랙 형태로 가스화기의 벽을 타고 흘러내리다가 슬랙탭을 통해 하부의 냉각조로 떨어지면서 급냉이 이루어지게 된다. 그러므로, 석탄가스화기 정상운전중 슬랙탭 주변의 온도를 고온으로 유지함으로써 용융슬랙의 고형화를 방지하는 것은 석탄가스화기의 안정적인 연속운전을 위하여 중요한 기술 중의 하나라고 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 저급탄 가스화를 위한 1 톤/일급 고온, 고압 습식 석탄가스화기의 정상운전중 슬랙탭 부근에서 용융슬랙의 고형화를 방지하기 위한 슬랙탭 버너시스템의 설계를 진행하였으며, 안정적인 운전조건 도출을 위하여 보조연료(CNG)와 산소의 공급비율에 따른 화염특성 시험을 진행하였다.

Coal gasification is considered as one of the most prospective technologies in energy field since it can be utilized for various products such as electricity, SNG (Synthetic Natural Gas or Substitute Natural Gas) and other chemical products. Among those products from coal gasification, SNG is emerging as a very lucrative product due to the rising prices of oil and natural gas, especially in Asian countries. The process of SNG production is very similar to the conventional IGCC in that the overall process is highly dependent on the type of gasifier and coal rank. However, there are some differences between SNG production and IGCC, which is that SNG plant requires higher oxygen purity from oxygen plant and more complex gas cleanup processes including water-gas shift reaction and methanation. Water-gas shift reaction is one of the main process in SNG plant because it is a starting point for the latter gas cleanup processes. For the methanation process, syngas is required to have a composition of $H_2$/CO = 3. This study reviewed various considerations for water-gas shift process in a conceptual design on an early stage like a feasibility study for a real project. The factors that affect the design parameters of water-gas shift reaction include the coal properties, the type of gasifier, the overall thermal efficiency of the plant and so on. Water-gas shift reaction is a relatively proven technology compared to the other processes in SNG plant so that it can reduce technological variability when designing a SNG project.

고온고압에서 운전되는 IGCC용 분류층 석탄가스화기는 석탄에 포함된 회 성분을 대부분 용융 슬래그 형태로 가스화기 벽을 타고 흘러내리게 하여 가스화기 하부로 배출시킨다. 이러한 용융 슬래그를 원활하게 배출시키는 것은 가스화기의 안정적인 운전에 있어서 매우 중요하다. 본 연구에서는 슬래그 층 내의 물질수지, 운동량 및 에너지 보존을 고려하여 석탄가스화기내의 슬래그 거동을 해석할 수 있는 모델 식을 유도하였다. 유도된 슬래그 거동 모델 식들을 적용하고 가스화기의 형상을 고려하여 가스화기 내부에서의 슬래그 거동을 해석하였다. 또한 슬래그 물성치들인 슬래그 점도, 슬래그 비열, 슬래그 밀도, 슬래그 열전달 계수 등을 슬래그의 조성 변화에 따라 별도로 산정하여 슬래그 해석의 입력 데이터로 사용하였다. 슬래그에 첨가되는 석회석의 비율을 해석의 주요 변수로 사용하여 가스화기 하부에서 용융 슬래그 및 고체 슬래그 두께, 용융 슬래그 층 내부에서의 슬래그 점도분포 및 슬래그 속도분포 등 슬래그 거동의 주요 특성들을 예측하였다. 해석결과로 석탄에 석회석의 첨가량을 증가시키면 슬래그의 임계점도온도(temperature of critical viscosity)와 점도가 낮아지므로 가스화기 벽면에서의 용융 슬래그의 유동속도는 빨라지며, 고체 슬래그와 용융 슬래그의 두께가 감소하는 것을 정량적으로 확인할 수 있었다.

석탄 가스화기 내에서 슬래그의 축적에 의한 막힘 현상 등으로 발생 가능한 조업중단을 예방하기 위해 탄의 종류에 따른 슬래그의 유동을 정확히 예측하는 것은 중요하다. 슬래그의 유동은 원료인 석탄의 회 성분 조성 그리고 가스화기 온도의 영향을 크게 받는다. 회가 용융된 형태인 슬래그의 융점 특성을 파악하여 슬래그 거동을 예측하기 위해서는 회를 조성하고 있는 주성분의 비율 뿐 아니라 소량의 성분들도 고려하여야 한다. 또한, 가스화기 조업 조건 중 수증기 분압이 슬래그 점도에 미치는 변화를 파악하여 공정 조건 확립 및 슬래그 계통 제어 로직에 반영 할 수 있다. 따라서, 대표적 열화학 평형계산 프로그램인 Factsage를 이용하여 슬래그 성분의 액상선 온도를 예측해보았다. 슬래그는 회 성분의 조성에 따라 결정 슬래그와 유리 슬래그로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 결정 슬래그로는 Alaska Usibelli 탄을, 유리 슬래그로는 Kideco 탄의 조성을 사용하여, 가스화기 조업 조건 중 수증기의 분압에 따라 석탄 슬래그의 형성 및 점도 변화에 직접적인 영향을 미치는 결정 형성에 대한 상관관계를 예측해 보았다. 또한, 슬래그 유동에 영향을 줄 수 있는 요인으로써, 석탄의 품질을 결정하는 인자인 Base/Acid Ratio, Iron in Ash, Calcium in Ash, Silica-to-Alumina Ratio, Inron-to-Calcium Ratio를 달리 변화시켜가며 슬래그 점도 변화에 직접적인 영향을 미치는 결정 형성을 예측하였다. 이 예측결과는 향후 실험 데이터와 비교하여, 슬래그 처리 부분의 모니터링에 기초 자료로 활용될 뿐 아니라, 슬래그점도 측정 시스템의 운전 파라미터를 도출하는데 이용 가능할 것이다.

석탄의 탄종별 열분해 생성물은 석탄가스화기의 뮬레이션 기법의 첫 번째 단계이며 이러한 탄종별 생성물 예측은 가스화기의 성능, 즉 가스화기 출구 가스조성, 탄소전환율, 냉가스 전환율등을 예측하는데 있어 가장 기본적이고 중요한 절차이다. 본 논문에서는 석탄가스화기내 열분해 과정을 모사할 수 있도록 석탄 성상과 가스화기 운전압력에 따라 탄종별 고온고압 열분해시의 생성물을 정량적으로 계산하는 방법을 제시하였다. Merrick(1983)의 방법을 기반으로 석탄의 성상(공업/원소분석치), 가스화기 운전압력과 몇가지 상관관계식으로부터 고온고압하 열분해 생성물을 계산하는 방법이며 이를 프로그램화하여 가스화기 시뮬레이터용 모듈로 구성할 수 있도록 하였다. 또한, 국내 수입 5개 탄종에 대하여 열분해 생성물의 조성을 구하였으며 이를 상용 열분해모델의 결과와 서로 비교하였다. 열분해 생성물 조성의 분포는 다른 상용 프로그램 결과와 부합하였으며 생성물의 발열량도 원탄의 발열량과 적합한 결과를 보여주었다.

High temperature proton exchange membrane fuel cell (HT-PEMFC) has been regarded as a promising clean energy sources. In this study, a quasi-three-dimensional dynamic model of HT-PEMFC has been developed and the local dynamic characteristics are investigated. The model has the geometrical simplification of 2+1D reduction (quasi-3D). The one-dimensional model consists of nine control volumes in cross-sectional direction to solve the energy conservation and the species conservation equations. Then, the one-dimensional model is discretized into 25 local sections along the gas flow direction to account for gas and thermal transport in channels. With this discretization, the local characteristics of HT-PEMFC such as species conservation, temperature, and current density can be captured. In order to study the basic characteristics of HT-PEMFC, it is important to investigate the local dynamic characteristics. Thus, the model is simulated at various operating conditions and the local dynamic characteristics related to them are observed. The model is useful to investigate the distribution of HT-PEMFC characteristics and the physical phenomena in HT-PEMFC.

The gas diffusion layer (GDL) consists of two main parts, the GDL backing layer, called as a substrate and the micro porous layer (MPL) coated on the GDBL. In this process, carbon particles of MPL penetrates to the GDBL consequently forms MPL penetration part. In this study, the micro porous layer (MPL) penetration thickness is determined as a design parameter of the GDL which affect pore size distribution profile through the GDL inducing different mass transfer characteristics. The pore size distribution and water permeability characteristics of the GDL are investigated and the cell performance is evaluated under fully/low humidification conditions. Transient response and voltage instability are also studied. In addition, to determine the effects of MPL penetration on the degradation, the carbon corrosion stress test is conducted. The GDL that have deep MPL penetration thickness shows better performance in high current density region because of enhanced water management, however, loss of penetrated MPL parts is shown after aging and it induces worse water management characteristics.

최근 국내에서 발생된 대규모 정전사태로 인해 안정적인 전력공급에 대한 국민들의 요구가 커져, 지난 3월 일본 후쿠시마 원전사고 이후 다시 한번 분산전원에 대한 필요성이 대두되어지고 있다. 여러 분산전원 중 연료전지는 다른 에너지원에 비해 에너지의 지속성이 우수하여 가장 안정적인 분산전원 형태의 하나이다. 이에 따라 국내의 경우 우수한 도시가스 인프라로 인해 건물용 연료전지라는 신기술에 대한 국민의 수용성은 점점 높아질 것으로 기대된다. 현재 건물용 연료전지의 경우, 주로 1kW급 연료전지가 시범보급되어 각 가정에 설치되어지고 있으나, 상가, 주유소 및 편의점 등의 상업시설과 생활관 및 소형빌라 등의 집단 주거시설 같은 1kW급 보다 용량을 더 필요로 하는 응용처에 국내에서 개발된 5kW급 연료전지시스템이 적용되어지기를 기대한다. 본 연구에서는 국내 제작된 5kW급 고분자전해질 연료전지시스템의 보급이전에 안전성능 평가를 통해 시스템의 성능 및 안전성 평가결과를 제조사에 피드백 하여 5kW급 건물용 연료전지시스템의 조기 상업화에 앞장서고자 한다. 5kW급 연료전지시스템의 기술개발은 핵심부품인 연료변환기, 스택 및 BOP 기술의 경우 1kW급 연료전지시스템에 적용된 것과는 다른 기술이 필요하고, 단순한 scale-up 과정이 아닌 새로운 기술개발로 제품에 적용시켜야 하는 난점을 가지고 있다. 특히, 연료변환기의 경우 연료 유량의 증가로 인하여 reformer, CO shift 및 Prox 반응기의 유체역학, 열교환 흐름 및 촉매반응 공학적으로 이론을 응용한 새로운 반응기 설계와 제작기술 확립이 선행되어 전체적인 시스템 제작 설계에 반영되어져야 한다. 그러므로 본 연구에서는 연료전지시스템 안전성능 평가를 위해 용량증대에 따른 안전성평가 항목을 검토하고, 5kW급 연료전지시스템평가를 수행하여 시스템의 제품성능, 작동성능 및 계통연계성능에서의 안전성을 확인하였고, 정전 유풍과 같은 이상조건 및 실외 환경에 대한 시스템의 안전성도 확인하였다. 또한 부하운전 조건을 75% 및 50%로 변화시켰을 때 빠른 응답시간과 안정적인 부하변동운전을 확인하였다.

A channel design which is closely related with the mass transport overpotential is one of the most important procedures to optimize the whole fuel cell performance. In this study, three dimensional results of a numerical study for gas distribution in channels of a molten carbonate fuel cell (MCFC) unit cell for a 1kW class stack was presented. The relationship between the fuel and air distribution in the anode and cathode channels of the unit cell and the electric performance was observed. A charge balance model in the electrodes and the electrolyte coupled with a heat transfer model and a fluid flow model in the porous electrodes and the channels was solved for the mass, momentum, energy, species and charge conservation. The electronic and ionic charge balance in the anode and cathode current feeders, the electrolyte and GDEs were solved for using Ohm's law, while Butler-Volmer charge transfer kinetics described the charge transfer current density. The material transport was described by the diffusion and convection equations and Navier-Stokes equations govern the flow in the open channel. It was assumed that heat is produced by the electrochemical reactions and joule heating due to the electrical currents.

고체산화물 연료전지는 전해질의 양쪽에 cathode층과 anode층으로 구성되어 있다. 이러한 셀을 제작하기 위한 구성소재 코팅법으로는 EVD, CVD, sputter등의 기상공정과 screen printing, tape casting, dip coating등의 습식공정이 있다. 이중 현재 가장 널리 사용되고 있는 screen printing법은 코팅기판의 크기와 형태에 제한을 받아 원통형, 평관형에는 적용이 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 electrolyte 지지체 위에 전사법을 통해 연료극(NiO-YSZ), 공기극(LSCF-GDC) 코팅층의 두께 및 형상을 제어할 수 있었으며 button cell을 제작하여 실제 SOFC에 적용이 가능함을 확인하였다.

In this study, we fabricated tubular ceramic support for segmented-in-series solid oxide fuel cell (SOFC) by using MAO(MgAl-stabilized ) as main material and activated carbon as pore former. Thermal expansion properties of ceramic support with different amounts of activated carbon were analyzed by using dilatometer to decide a suitable sintering temperature. The tubular ceramic supports with different amounts of activated carbon (15, 20, 30wt.%) were fabricated by the extrusion technique. After sintering at $1400^{\circ}C$ for 2h, cross section and surface morphology of tubular ceramic support were analyzed by using SEM image. Also, the porosity, mechanical property, gas permeability of tubular ceramic supports was measured. Based on these results, we established the suitable fabrication technique of tubular ceramic support for segmented-in-series SOFC.

Typical solid oxide fuel cells (SOFCs) have limited applications because they operate at high temperature due to low ionic conductivity of electrolyte. Thin film solid oxide fuel cell with yttria stabilized zirconia (YSZ) electrolyte is developed to decrease operating temperature. Pt/YSZ/Pt thin film SOFC was fabricated on anodic aluminum oxide (AAO). The crystalline structure of YSZ electrolyte by sputter is heavily depends on the roughness of porous Pt layer, which results in pinholes. To deposit YSZ electrolyte without pinholes and electrical shortage, it is necessary to deposit smoother and denser layer between Pt anode layer and YSZ layer by sputter. Atomic Layer Deposition (ALD) technique is used to deposit pre-YSZ layer, and it improved electrolyte quality. 300nm thick Bi-layered YSZ electrolyte was successfully deposited without electrical shortage.

In this research, two thin film deposition techniques, Atomic Layer Deposition and Sputtering are carried out for the fabrication of Yittria Stabilized Zirconia electrolyte for thin film Solid Oxide Fuel Cell. Zirconium to Yittrium ratio for both cases is about 1/8. Scanning Electron Microscope(SEM) image shows that the growth rate per hour for Atomic Layer Deposition is faster than for sputtering. X-ray Photo-electron Spectroscopy(XPS) shows that the peaks of both Zirconia and Yittria shift towards higher bending energy for the case of Atomic Layer deposition and thus are more strongly attached to the substrate. Later, Nyquist plot was used to compare the conductivity of Yittria Stabilized Electrolyte for both cases. The conductivity at $300^{\circ}C$ for Atomic Layer Deposited Yittria Stabilized Zirconia is found to be $5{\times}10^{-4}S/cm$ while that for sputtered Yittria Stabilized Zirconia is $2{\times}10^{-5}S/cm$ at the same temperature. The reason for better performance for Atomic Layered YSZ is believed to be the Nano-structured layer fabrication that aids in along the plane conduction as compared to the columnarly structured Sputtered YSZ.

In this study, Grafoil$^{TM}$ which has comparable electric resistance and chemical stability but is flexible, fragile, and cheap material was adopted as bipolar plates for proton exchange membrane fuel cell(PEMFC) having only one straight line flow channel. Because of its flexibility, pressurizations of cell with various pressures showed different operating characteristics compared to ordinary graphite-used PEMFC. While performances of both cells decreased as these were pressurized, investigation of ohmic and faradaic resistance by electrochemical impedance measurement indicated different tendency of change. Ohmic resistance of graphite-used cell increased with increasing pressure, which is reversed in Grafoil$^{TM}$-used cell. It is speculated that effective chemical reaction area is decreased with increasing pressure in case of graphite-used one, but because of flexible property of Grafoil$^{TM}$, gas diffusion layer in Grafoil$^{TM}$-used cell was well-activated. Different rate of change of faradaic resistances in both cells support this supposition. However, although optimum point of pressurization is found, it is required to investigate other operating conditions because of low performance compared to graphite-used cell.

현재 중온의 고체산화물 연료전지를 위해 다양한 전해질에 대한 연구되었으며 1994년 Ishihara et al.에서 1074K의 온도에서 높은 이온전도도를 갖는 페록스카이 구조를 갖는 LSGM 물질을 발표하였다. Sr과 Mg을 도핑한 Lanthanum gallate는 이온전도도가 1073K에서 0.14S/cm로 YSZ의 5배로 높은 이온전도도를 갖고 있으며 산화환경에서부터 환원환경에서 화학적으로 안정한 특성을 갖고 있다. 또한 LSGM 전해질은 넓은 산소 농도범위에서 안정적인 특성을 갖는 장점을 갖고 있다. 그러나 LSGM은 가장 널리 사용되는 연료극의 Ni 촉매와 고온 소결시 상호확산현상에 의한 2차상을 생성시켜 성능 저감의 원인으로 그 해결방안이 요원한 실정이다. 이에 본 논문에서는 LSGM 전해질에 LSGM scaffold를 형성하고 형성된 scaffold에 연료극 촉매 solution을 infiltration 시켜 저온에서 anode를 형성하여 그 성능을 연구하였다.

To improve the safety, the fuel cell operate inside a pressurized enclosure which contains inert gas so called protective gas. The protective gas not only prevents the mixture of hydrogen and oxygen, but also removes the water in the vessel with the condenser. This study presents the details of the flow optimization in order to reduce the humidity in the fuel cell housing. The protective gas flow in the fuel cell container is studied by Computational Fluid Dynamics(CFD) simulations. This study focuses on optimizing the geometry of an protective gas circulation system in fuel cell module to reduce the humidity in the vessel. CFD analysis was carried out for an existing model to understand the flow behavior through the fuel cell system. Based on existing model CFD results, geometrical changes like inlet placement, optimization of outlet size, modification of fuel cell module system are carried out, to improve the flow characteristics. The CFD analysis of the optimized model is again carried out and the results show good improvement in protective gas flow behavior.

저온형 연료전지인 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cells, DMFC)는 친환경적인 발전 시스템, 높은 에너지 효율의 장점 때문에 주목을 받고 있으나 연료극의 촉매로 사용되는 금속은 고가의 귀금속인 Pt와 Ru가 요구되어 제조비용이 비싸기 때문에 촉매의 양을 줄이고, 반응 도중 생성되는 CO에 의한 촉매의 피독 문제 등 해결하여야 할 점이 산적해 있어 연료전지 중 촉매의 활성을 높이는 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 종래의 MEA의 촉매층 제조공정은 우선 환원석출법에 의해 Pt-Ru/C를 합성하고 Nafion 용액에 혼합하여 Pt-Ru/C 슬러리를 제조한다. 이 방법에서는 carbon sheet에 spray 방법으로 Pt-Ru/C 촉매층이 만들어지기 때문에, Pt-Ru 촉매가 Nafion에 의해 부분적으로 매몰되어 촉매의 전기화학적 활성이 떨어지는 문제점이 있다. 이를 해결하는 방안으로 펄스전류를 이용하여 Pt-Ru 합금입자를 carbon sheet에 전기화학적으로 담지 시켜 Nafion에 매몰되는 것을 방지하는 펄스전해법 연구가 진행되고 있다. 그러나 촉매의 입자크기가 일반적으로 50~70 nm 이상으 크기 때문에 촉매의 낮은 활성이 문제점으로 야기되고 있다. 본 연구에서는 Pt-Ru/C 촉매층 제조 문제점을 해결하고, 촉매의 전기화학적 활성을 증가시키기 위해서 2~4 nm Pt-Ru 콜로이드를 전해액으로 사용하고, 전기영동법을 이용하여 Pt-Ru 나노 입자를 carbon sheet($1{\times}1cm^2$) 에 담지 시켰다. 전기영동법에서 균일한 Pt-Ru 촉매층의 제조를 위해 전류인가 방법으로는 펄스전류를 사용하였고, 실험변수로는 전해액 pH, duty cycle, 담지시간을 선정하였다. 합성된 Pt-Ru 콜로이드를 TEM분석으로 나노입자의 크기와 분산성 분석하였고, 콜로이드 나노입자의 표면전하 상태를 분석하기 위해 zeta-potential을 분석하였다. Pt-Ru/C의 촉매의 전기화학적 활성을 분석하기 위하여 0.5 M H_2SO_4$ 와 1 M $CH_3OH$ 혼합용액에 CV(Cyclic Voltammetry)실시하였고, carbon sheet 전극 상 Pt-Ru의 분산성 확인을 위하여 FE-SEM분석을 수행하였다.

For commercial applications, MEA development must be optimized in order to achieve high performance and low cost. There are many factors that affect the performance of MEA. Especially, the optimization of the method for preparing catalyst layer has great effect on the performance of MEA. Various methods have been used to prepare the catalyst layer of MEA. Among them, spraying method has a merit in that catalysis lay can be prepared with very flexible changes in catalyst layer as well as in the solvent composition of catalyst ink. In addition, in order to reduce the time required for manufacturing catalyst layer, an effort has been made to change the nozzle size and injection pressure of spray system. Further, the operation condition of spray system was changed in various ways in an effort to prepare optimum catalyst layer of MEA. Having optimized the operation condition of spraying system, comprehensive and diverse experiments were carried out concerning various factors that affect the performance of MEA. The present research report describes the results of more sub-categorized and more detailed experiments about the important factors (Nafion$^{(R)}$ ionomer, Relative humidity) which have been shown in previous experiments to exert greater effect on the performance of MEA.

Many type of fuel cell stacks have been developed to improve the efficiency of reactants usage. The cascade type fuel cell stack using dead end operation is able to attain above 99% usage of hydrogen and oxygen. It is sectionalized to several parts and the residual reactants which are used previous parts would be supplied again to next parts which have less number of cells in dead end operation stack. The oversupply of reactants which is usually 120%~150% of the theoretical amount to generate current for preventing the flooding effect could be provided to each part except the last one. The final section which is called monitoring cells is supposed to be supplied insufficient the fuel or oxidant that would have some accumulated inert gas from former parts. It makes some voltage drop in the part and the fresh reactants must be supplied to the part for recovering it by venting the residual gas. So the usage of fuel and oxidant is depend on the time and frequency of opening valves for venting of residual gas and it is important to optimize the vent logic for achieving higher usage of hydrogen and oxygen. In this research, many experiments are performed to find optimal condition by evaluating the effect of time and frequency under several power conditions using over 100kW class fuel cell module. And the characteristics of the monitoring cells are studied to know the proper cell voltage which decide the condition of opening the vent valve for stable performance of the cascade type fuel cell module.

SOFC는 사용되는 셀의 디자인에 따라 튜브형, 평판형으로 구분되어진다. 평판형의 경우에는 전해질 지지형(ESC), Anode 지지형(ASC) 및 금속 지지형(MSC)로 크게 나눌 수 있다. SOFC 스택은 이와 같은 셀과 밀봉재, 집전체, 분리판의 구성요소를 여러 장으로 적층하여 이루어진다. SOFC 발전시스템은 SOFC 스택과 EBOP, MBOP로 구성되는데, SOFC 발전시스템의 상용화를 위해 선행되어야 할 것은 스택의 안정적 출력 및 신뢰성 확보이다. 즉, 셀, 밀봉재, 분리판 및 집전체로 대변되는 구성요소들이 스택에 장착되었을 때 그 기능을 최대한 발휘하면서도 점진적 또는 급격한 품질저하가 발생되지 말아야 한다. 특히, 밀봉재의 경우 SOFC에 사용되는 연료와 공기의 혼합(Cross-over)을 방지하는 중요한 기능을 담당하고 있으며 여러 장 적층된 분리판의 전기적 단락을 방지해야 한다. 또한 SOFC의 특성상 $700^{\circ}C$ 이상의 고온에서 다른 구성요소와 화학적 반응이 없어야하고 열싸이클(Thermal cycle)을 견딜 수 있도록 충분한 기계적 강도가 보장되어야 하는 등 요구되는 품질기준이 엄격하다. SOFC의 밀봉재는 접합형(Brazing), 압착형(Compressive), 용융-고정형(Glass-ceramic)이 대표적으로 적용되고 있다. 이 중에서 Brazing 물질과 방법은 현재 활발히 연구가 수행 중에 있지만 범용적으로 사용되고 있지는 않은 상태이고 Compressive 밀봉재와 Glass-ceramic 밀봉재가 대면적 SOFC 스택에 사용되어 적용 가능성을 평가받고 있다. 본 연구에서는 SOFC 구성요소의 국산화를 추진하는 지경부과제의 결과물 중 (주)써모텍에서 개발한 Glass-ceramic 밀봉재(RC1) 단품에 대한 특성평가와 실제 단전지 평가를 통해 SOFC 스택 적용 가능성을 평가하였다. 밀봉재 단품에 대한 특성평가는 용융특성, 상분석, 열팽창계수 등의 물리적, 화학적 평가 외에 가스 누설 정도를 평가하는 기밀도 평가와 SOFC의 작동 온도인 $700^{\circ}C$와 상온 분위기를 주기적으로 인가하는 Thermal cycle 특성을 평가하였다. 셀을 한 장 사용하는 단전지(Unit cell) 평가는 RIST에서 자체 제작한 $100{\times}100mm^2$ 평판형 ASC 셀을 사용하여 수행하였으며, 밀봉재는 Dispensing 공정을 통해 구성되었다.

Proton exchange memb rane fuel cell has been considered one of the next generation power source for electric vehicles due to high power density and low emissions. $TiO_2$/Nafion composite was prepared by the in-situ sol-gel method. The electrochemical characteristics of the $TiO_2$-Nafion composite membrane were evaluated by current-voltage and impedance of the membrane eletrode assembly in a single Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC).

The influence of potential and humidity on the electrochemical carbon corrosion in high temperature polymer electrolyte membrane fuel cells(HT-PEMFCs) is investigated by measuring $CO_2$ emission at different potentials for 30 min using on-line mass spectrometry. These results are compared with low tempterature polymer electrolyte membrane fuel cells(LT-PEMFCs) operated at lower temperature and higher humidity condition. Although the HT-PEMFC is operated at non humidified condition, the emitted $CO_2$ in the condition of HT-PEMFC is more than LT-PEMFC at the same potential in carbon corrosion test. Thus, carbon corrosion shows a stronger positive correlation with the cell temperature. In addition, the presence of a little amount of water activate electrochemical carbon corrosion considerably in HT-PEMFC. With increased carbon corrosion, changes in fuel cell electrochemical characteristics become more noticeable and thereby indicate that such corrosion considerably affects fuel cell durability.

In automotive applicatons or water vehicles, the polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) stack is keep moving while their operation. Especially the inclination environment can take a effect to fuel cell stack perfromance, because this condition can cause a bad effect to water exhaust of fuel cell stack. In this study, a large scale stack(over 100kW power) is inclined upto 30 degree in lengthwise and crosswise using stack lift equipment. And the stack is operated in 10~100% load. No significant change has appeared in crosswise inclined condition and lenthwise low angle. But in lenthwise large angle tilting condition, the fuel cell performance has significantly decreased. And this performance decrease is aggravated in low load. An active water exhaust device is applied to the stack to prevent the performance decrease. And in lenthwise large angle tilting condition, this device cause a good effect to fuel cell stack performance.

This technology is applicable to Electrical vehicle that using Energy from Hydrogen Fueled Cell. Electricity & water is got from chemical reaction between H2 & O2 in stack. This technology is used when fault diagnosis of Fuel cell is needed. It is General method that measure each cell's voltage of stack for fault diagnosis. but, this technology is method of measuring entire voltage of stack. For this reason, fault diagnosis system is simplified and cost of system is lower than previous one. In normal stack condition, characteristic graph of voltage-current has linearity. In fault stack condition, it has non-linearity. we use this characteristic to diagnosis of stack fault. In this technology, Specific frequency current is injected into stack & Stack voltage is measured in response. After that, stack voltage difference is analyzed to diagnosis of stack fault. Presently, Development of current injection module & basic program of THDA is finished. in future we will develop the technology of precise measurement technology about entire stack voltage.

This paper describes performance enhancement of a fuel cell's blower by controlling flow path. Different duct diameter at the inlet and outlet of the blower is selected for reducing blower noise level and input power. Hole diameter and the number of hole at the check valve are tested to reduce the input power of the blower. Two types of blower, fuel pressurized blower and cathode blower, are considered in the present study. Throughout experimental measurements of the test blowers, it is found that duct diameter is effective to reduce noise level and input power in the fuel cell blower. Noise reduction due to the optimal duct diameter at the outlet is more effective when flow rate is relatively large. That is, cathode blower has larger noise reduction compared to fuel pressurized blower because of larger flower rate. Input power of the blower can be reduced by controlling the hole diameter and the number of hole at the check valve.

고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell이하 SOFC)는 연료가 갖는 화학에너지를 연소과정 없이, 공기와 H2, CO, CH4와 같은 환원성 가스를 공급받아 $600{\sim}1000^{\circ}C$에서 전기화학적 반응을 통하여 직접 전기를 얻는 방식이다. SOFC는 $700^{\circ}C$ 이상의 고온에서 고체산화물이 연료와 공기가 반응하여 전기와 열을 동시에 생산하기 때문에 carnot cycle의 제한을 받지 않아 발전효율이 40% 이상으로 고효율이고, NOx 및 SOx를 배출하지 않아 무공해이며, moving parts가 없어 소음이 나지 않고, 건설과 증설이 지역이나 기후 조건에 제약 없이 용이하고, 다양한 용량이 가능하며, 고가의 백금 촉매를 사용하지 않으며, 수소, 석탄가스, 천연가스 등의 연료를 사용할 수 있는 장점이 있음, 또한 다향한 형태로 제작할 수 있으며 전해질이 고체에서 전해질 손실 및 보충에 문제가 없고 타 연료전지에 비해 개질기가 필요 없어 발전시스템이 간단하고 경량화가 가능하다. 전사법은 paste를 제작하여 전사용지에 Screen printing하여 건조 후 coating하는 방법으로 기존의 여러 coating 방법보다 제작이 용이하고 소재의 크기, 두께조절이 간편하며, 구성층의 표면조도나 굴곡에 대응이 용이한 방법이다. 본 실험에서는 paste 제조, 전사법을 이용하여 Anode, AFL, Electrolyte, CFL, Cathode전사지를 제작하고 이를 세라믹 평관형 지지체에 변수로 두께 조건별 Coating 한 후 $1400^{\circ}C$ 소결을 진행하여 SEM 분석으로 미세구조 관찰, 출력특성 및 Impedance을 확인하였다.

고체산화물 연료전지의 연결재의 필요한 물성으로는 공기극과 연료극을 차폐시켜줄 수 있는 고밀도와 구성 소재간의 전기적으로 연결될 수 있는 전기전도도 및 낮은 이온전도도. 산화극과 환원극에서 화학적 안정성과 타 구성 소재와의 열팽창 계수가 일치 등이 중요한 특성으로 필요하게 된다. 이를 위해 LaCrO3계 연결재가 주로 사용되어 왔다. 그러나 LCO계 연결제는 $1400^{\circ}C$ 이상의 높은 소결 온도와 이로 인한 Cr의 휘발로 인한 타 구성소재와의 반응 등으로 인해 저온소결의 필요성이 재기되고 있는 소재 이다. 본 연구에서는 LCO계 구성 소제에 소결 조제를 첨가하여 저온에서 결정성 및 소결거동, 전기적 특성을 평가하였다.

Anode off-gas of high temperature fuel cells such as MCFC contains a significant amount of combustible components like hydrogen, carbon monoxide and methane according to fuel utilization ratio of the fuel cell stack. Thus, it is important to fully burn anode off-gas and utilize the generated heat in order to increase system efficiency and reduce emissions as well. In the present study, 25 kW catalytic combustor has been developed for the application to a load-following 300kW MCFC system. Mixing and combustion characteristics have been experimentally investigated with the catalytic combustor. Since the performance of catalytic combustor directly depends on the combustion catalyst, this study has been focused on the experimental investigation on the combustion characteristics of multiple catalysts having different structures and compositions. Results show that the exhaust emissions are highly dependent on the catalyst loading and the ratio of catalytic components. Test results at load-following conditions are also shown in the present study.

차세대 에너지로 연료전지가 각광을 받고 있는 현재, 세계 각국에서는 연료전지의 상용화를 위해 노력하고 있다. 그러나 촉매분야에서 백금계 촉매의 사용량의 문제에 따른 매장량 한계점과 귀금속이라는 문제점이 존재하기 때문에 이에 대하여 대책강구가 필요한 시점이다. 이에 백금 촉매의 활성을 증대하고자 나노 크기의 제어 연구가 진행되고 있다. 또한, 촉매의 구조적인 면에 따라 촉매의 활성이 달라지는 점을 착안하여 백금계의 나노 형상 조절 연구와 백금계 촉매를 대체할 비백금계의 촉매 개발 연구가 활발히 진행되어지고 있다. 이에 본 연구는 백금계 촉매 중 Pd을 polyol process에 의한 나노 형상 조절을 통하여 단위 질량당(or 단위 부피당)촉매의 활성을 높이고자 하였다. 여기서 새로이 도입된 환원제는 Glycerol을 이용하였으며, {111}면이 많이 드러난 Pd 나노입자를 형성하였다. 이에 따라 나노 형상 조절이 된 Pd촉매를 이용하여 상용화된 촉매(Pd/C(XC-72R))에 비하여 전기화학적인 특성의 차이와 Pd 촉매의 촉매적 특성의 효과를 보고자 한다.

Dimethyl ether (DME) is an attractive fuel as a hydrogen carrier for mobile PEMFC applications. However, its reforming technologies are rarely studied especially by using autothermal reforming (ATR) method. This work explored the impact of operating conditions to the performance of DME ATR. Temperature, Steam to carbon ratio(SCR), Oxygen to carbon ratio(OCR) and Gas hourly space velocity(GHSV) were considered as the operating conditions. As results, conversion efficiency was increased as the temperature increased, but saturated around $700^{\circ}C$. There was no significant effect of SCR on conversion efficiency, but high SCR led reactions in endothermic manner. High OCR substantially suppressed conversion efficiency, but it helped to sustain the temperature by stimulating exothermic reactions. Conversion efficiency was decreased as GHSV increased. The optimized operating conditions was suggested: $700^{\circ}C$, SCR of 1.5, OCR of 0.45 and GHSV below 15000/h and conversion efficiency was ~85% at the conditions.

Pt-Ru and Pt-Ni bimetallic catalysts were prepared and tested for heavy hydrocarbon reforming. Metals were supported on CGO($Ce_{0.8}Gd_{0.2}O_{2.0-x}$) by incipient wetness method. The prepared catalysts were characterized by Temperature programmed reduction(TPR). Oxidative steam reforming of n-dodecane was conducted to compare the activity of the catalysts. The reforming temperature was varied from $500^{\circ}C$ to $800^{\circ}C$ at fixed $O_2$/C of 0.3, $H_2O$/C of 3.0 and GHSV of 5,000/h.Reduction peaks of metal oxide, surface CGO and bulk CGO were detected. Reduction temperature of metal oxide decreased over the bi-metallic catalysts. It is considered that interaction between metals leads to decrease interaction between metal and oxygen. On the other hands, reduction temperatures of surface CGO were dectected in the order of Pt-Ru > Pt-Ni > Pt. low reduction temperatures of surface CGO indicates the low activation energy for oxygen ion conduction to metal. Oxygen ion conduction is known as de-coking mechanism of ionic conducting supports such as CGO. In activity test, fuel conversion was in the same order of Pt-Ru > Pt-Ni > Pt. Especially, 100% of fuel conversion was obtained over Pt-Ru catalysts at $500^{\circ}C$.

전 세계적으로 대표적인 대중교통으로 천연가스버스가 운행 중에 있으며, 천연가스의 저장을 위하여 대부분의 차량이 복합용기를 사용하고 있다. 또한 친환경자동차로 개발되고 있는 수소연료전지자동차도 수소 저장용으로 복합용기를 적용하여 상용화를 추진 중에 있다. 복합용기의 상용화가 증가하면서 복합용기의 안전성 확보가 가장 중요한 이슈가 되고 있다. 기체상태의 고압가스를 교통수단에 적용하기 위하여, 저장매체인 고압복합용기의 안전성 및 기술 확보를 위한 기술개발과 안전기준의 확립을 위한 기준개발이 미국, 유럽, 일본 등 다수의 국가에서 진행되고 있다. 현재 복합용기의 안전성을 확인하는 기준은 각 나라의 기준에 따라 진행되고 있으며 천연가스자동차용 저장용기 국제표준으로는 ISO 11439가 적용되고 있다. 수소연료전지자동차용 수소용기의 안전기준은 아직 확립되지 않은 상태이며, 개발된 초안으로는 국제규정으로 UN ECE R No.79 및 국제기술표준으로 ISO/TS 15869가 있다. 개발 중인 국제기준 및 국내기준에서 가장 취약한 부분이 화염시험이다. 화염시험은 자동차에 화재가 발생했을 경우 용기의 폭발을 막기 위하여 안전밸브가 정상적으로 작동하는 지를 확인하는 시험이다. 하지만 현재의 시험방법으로는 자동차에서 발생하는 국부적인 화염에 대한 안전성을 확인하기가 어려운 실정이다. 본 연구에서는 국내의 화염시험기준을 개발하기 위해 수행된 화염시험에 대한 결과와 화염시험장치를 제안하고자 한다.

지구 온난화의 원인이 되는 이산화탄소를 저감하며 유해한 배기가스를 배출하지 않는 수소연료전지자동차(FCV)에 대한 관심이 높아지고 있다. 한국가스안전공사에서 현재 구축하고 있는 평가장비는 이러한 수소연료전지자동차용으로 사용되는 고압용기의 수압반복시험 및 밸브류로 구성된 고압수소저장시스템의 단품 및 시스템 평가를 통한 안전신뢰성 검증을 목적으로 하고 있다. 현재 수소연료전지자동차는 차량이나 부품의 시험 방법에 대한 통일된 기준/표준/시험법이 아직 완전하게 정비되어 있지 않고, 시장에서의 도입 제도, 기준 등이 만들어지고 있는 현실이다. 또한 연료로 수소를 사용하는 도입단계에 있기 때문에, 수소용기가 반복압력변동에 따라 어떤 거동을 나타내는지에 대한 실험관련 연구가 미진한 상태이다. 따라서 수소연료전지자동차용 고압수소저장시스템에 대한 내구성, 안전성 확보를 위하여 수소연료전지자동차에서 중요한 부품인 용기에 대한 반복피로시험이 필요하다. 특히 복합재 용기 분야에서 Type3용기에 대한 높은 안전성과 내구성이 보고되고 있지만 실질적으로 얼마나 다른 용기에 비해 높은 성능을 가지고 있는지 국내에서는 체계적으로 검증된바 없다. 따라서 구축된 수압반복 장비를 이용하여 Type3 용기에 대한 수압반복시험을 실시하였으며, 이를 통해 수소용기의 거동을 확인하고자 한다.

Reactant mixing has a critical role in ensuring reformate quality and an important design objective is to achieve sufficiently complete mixture of reactants. For that purpose it is required to understand the coupled transport-kinetics phenomena in the mixing region. Three-dimensional computational fluid dynamics model was developed and validated in previous works. The mixing characteristics in various alternatives of a prototype mixing chamber were compared, and then a reduced reaction kinetics was applied to two extreme designs for investigating the impact of gas-phase reactions. Both designs did not reach threshold ethylene mole fraction of 0.001, but surprisingly more ethylene was generated in the design having better mixing characteristics. The presentation will deliver the development process of coupled transport and kinetics model briefly and the detailed information about the mixing characteristics and gas-phase reactions in two mixer designs.

Transparent conducting oxides (TCOs) supported on glass are widely used as substrates in PEC studies for photovoltaic hydrogen generation applications However, high sheet resistane ($10{\sim}15{\Omega}/cm^2$) and fragileness of glass-supported TCO substrates are the obstacles to produce the large area PEC cells. Such internal sheet resistance is detrimental to efficient collection of photogenerated majority charge carriers at the photoactive material and electrolyte interface. Moreover, these TCO substrates are very expensive and consume about 40~60% cost of the devices. Hence, a low sheet resistance of the substrate is a key point in improving the performance of PEC devices. Metallic substrates coated with a photoactive material would be a good choice for efficient charge collection. Such metal substrates based photanodes are best candidate for large-scale phtoelectrochemical water splitting for hydrogen generation. In this study, we report the enhanced PEC performance of $WO_3$ film on metal(chemical etched, bare) substrate. It is proposed that interface between $WO_3$ and the metal substrate is responsible for efficient charge transfer and demonstrated significant improvement in the photoelectrochmical performance. X-ray diffration and FESEM suduies reveled that $WO_3$ films are monoclinic, porous, polycrystalline with average grain size of ~50nm. Photocurrent of $WO_3$ prepared on metal substrates was measured in 0.5M $H_2SO_4$ electroyte under simulated $100mW/cm^2$ illumination.

고체 산화물 연료전지(SOFC)는 크게 음극(anode), 양극(cathode), 전해질(electrolyte)로 구성되 있으며 연결자를 통해 직렬 또는 병렬로 연결된 형태로 발전장치 등에 활용되고 있다. 이중 연료의 산화반응을 담당하고 있는 연료전지의 음극으로 지금까지 Cobalt, Platinum, Palladium 등의 전이금속 또는 귀금속들이 사용되었지만 현재는 Nickel 또는 Nickel을 함유한 물질들 특히, Ni-YSZ 복합체가 주로 사용되고 있다. Ni-YSZ 복합체는 가격과 성능 등 여러가지 면에서 SOFC의 음극으로 사용하기에 가장 적합한 물질인데 특히 전지의 지지체 역할과 동시에 전극으로서의 역할도 병행해야하는 음극 지지형 SOFC의 경우 Ni-YSZ 복합체의 효용성을 더욱 커지게 된다. 본 연구에서는 SOFC의 음극물질로 가장 널리 쓰이고 있는 Ni-YSZ 복합체를 core shell 형태로 만들어 전도 path를 효율적으로 하고 그 특성을 최적화하기 위한 미세구조 및 소결 거동, 전기적 특성을 평가하였다.

리튬이차전지의 음극물질로서 상용화되고 있는 탄소재료중 흑연은 전기자동차에 적용하기에는 낮은 용량과 나쁜 출력특성을 갖고 있어 지금보다 두배이상의 용량과 출력특성이 좋은 음극소재의 개발이 필요하다. 또 다른 음극물질로 실리콘은 흑연에 비해 월등히 높은 이론용량을 나타내고 있지만 실리콘이 리튬이온과 만나면 부피가 4배이상 팽창하여 사이클이 진행될수록 충방전 용량이 급격히 감소하게 된다. 그래서 본 연구에서는 이 두 음극소재를 상호보완하기 위해 천연흑연을 산처리 과정을 통해 제조된 팽창흑연을 매트릭스로 사용하여 팽창흑연에 실리콘을 충진 시키는 연구를 진행하였다. 팽창흑연에 실리콘을 충진시킴으로써 1C일 때 약 650mAh/g의 용량을 나타내었으며, 50cycle이 진행된 후에도 비교적 안정한 사이클 특성을 나타내었다.

최근 석유, 가스, 석탄을 비롯한 화석연료의 다량 사용으로 기후변화, 대기오염 등의 환경문제 및 자원 고갈의 우려 때문에 바이오매스는 중요한 화석연료 대체 에너지 자원으로써 큰 관심을 받고 있다. 바이오매스 자원을 에너지로 전환하는 방법 중 하나인 급속 열분해 공정은 산소가 없는 상태에서 바이오매스를 열적으로 분해하여 액상 상태의 생성물을 회수하는 공정으로, 증기상의 열분해 가스를 응축하여 회수하게 된다. 바이오매스의 급속 열분해에 관한 연구는 주로 바이오매스의 종류와 열분해 조건에 따라 회수되는 바이오 원유의 수율 및 물리 화학적 특성에 관한 연구가 수행되고 있으나, 열분해 가스의 응축에 관한 연구는 응축에 수반되는 복잡한 물리적 현상 때문에 미진하다. 따라서 본 연구에서는 바이오매스의 급속 열분해를 통해 생성되는 증기상의 열분해 가스의 응축 현상을 모사 할 수 있는 모델링 기법에 대해 연구하였다. 급속 열분해 공정을 통해 생성되는 바이오 원유는 수백개의 화합물로 구성되어 있으며, 동일한 바이오매스를 사용한 경우라도 공정조건에 따라 바이오 원유에 포함된 화합물은 달라진다. 따라서 본 연구에서는 바이오 원유의 주요 화합물인 water, propanal, butanal, pentanal, phenol, guaiacol, coniferyl alcohol, formic acid, acetic acid, propanoic acid, butanoid acid를 대상으로 열분해 가스의 응축을 모사하였다. 본 연구에서는 응축 모델링 기법의 검증을 위해 실험결과와 비교하여 정확성을 검증하였으며, 본 연구의 결과를 활용하여 응축 조건 변화에 따른 급속 열분해 가스의 응축률을 예측하고, 이를 이용한 응축 열교환기 설계에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

억새는 척박한 토양 조건에서도 쉽게 자라며 관리가 용이하다는 장점이 있어 바이오에너지 작물로 주목을 받고 있다. 억새는 주로 Miscanthus sacchariflorus(물억새)와 Miscanthus sinensis(참억새) 그리고 두 억새의 잡종인 Miscanthus giganteus로 구분되며, 최근 기존의 억새보다 생체량을 크게 늘린 거대억새가 개발되기도 하였다. 본 실험에서는 우리나라 전역에서 가장 흔하게 볼 수 있는 물억새와 참억새를 유동층 반응기를 이용하여 급속열분해 하였다. 본 연구의 목적은 억새로부터 얻은 바이오원유와 나무로부터 얻은 바이오원유의 특성을 비교하고, 시료투입속도의 변화를 주어 억새로부터 얻은 바이오원유의 수율과 특성을 알아보고자 함이다. 시료의 투입속도는 200g/h, 300g/h, 500g/h, 1000g/h로 변화를 주었으며, 반응온도($500^{\circ}C$), 공탑속도(0.19m/s), 응축기온도($10^{\circ}C$)는 매 실험마다 동일하게 유지하였다. 수집한 바이오원유는 공업분석을 통해 연료로서의 가치를 알아보았다. 목재를 급속열분해 한 경우 바이오원유의 수율은 56.03wt.%로 동일한 조건에서 억새를 급속열분해 한 경우 보다 약 6wt.%가량 높았다. 바이오원유의 발열량은 큰 차이가 없었으나 수분과 점도에서 큰 차이를 보였다. 투입속도가 증가할수록 바이오원유의 수율은 증가하는 경향을 보였으며, 시간당 1000g을 투입하였을 때는 수율이 감소하였으나 수율의 변화는 크지 않았다. 투입속도가 증가하는 경우 바이오원유의 고위발열량과 점도는 감소하고 수분이 증가하는 경향을 보였다.

This paper proposes the method to develop the fuel of suljigemi pellets using agricultural by-products the occurred during the manufacturing of alcohol. This paper is the goal to make sulgigemi pellet fuel for develops pellet of high calorie. The methods of sulgigemi pellet manufacturing well mix as the dough with the water and the sulgigemi. And then we have dried in the after compression and molding using well mixed the sulgigemi. The moisture of pellets has dried it removed until about 85%. Suljigemi pellet has the effect of zero emission as the soil conditioner using ash after burning. The merits for the sulgigemi pellet are the convenience of storage and custody. Also sulgigemi pellet has the reduction effect of carriage fee, fuel economy and low-cost high-efficiency effects, environmentally clean fuel as CO2 emissions savings. In experiment, we confirmed to calories of the wood pellet and the sulgigemi pellet. The calorie of the suljigemi pellets has high 233 kilo calories than the wood pellets. So the technologies of the sulgigemi fuel pellets are developing low carbon, green growth renewable energy fuel through futuristic energy system will be.

This presentation shows energy-efficiency of microwave-accelerated esterification of free fatty acid with a heterogeneous catalyst by net microwave power measurement. In the reaction condition of 5wt% sulfated zirconia and 1:20 molar ratio of oil to methanol at $60^{\circ}C$ and atmospheric pressure, more than 90% conversion of the esterification was achieved in 20 minutes by microwave heating, while it took about 130 minutes by conventional heating. Electric energy consumption for the microwave heating in this accelerated esterification was only 67% of estimated minimum heat energy demand because of significantly reduced reaction time.

This study is a part of the project that investigates a possibility of using methyl/ethyl butyrate as an alternative material of MTBE. To investigate characteristics of the two materials, a 2.0L 4-cylinders SI engine that was coupled to an 160kw EC engine dynamometer was used and operated several conditions. Two exhaust gas analyzer was used to measure CO, NOx and THC of after and before of a catalyst. Also, to compare combustion characteristics of the fuels a combustion analyzer was used for measuring pressure of inside of a cylinder. The results show no special difference between MTBE and the two materials from the emission and combustion characteristics aspect.

바이오디젤의 생산은 원료유의 순도와 촉매 종류, 알코올의 양, 반응시간, 반응 온도와 같은 다양한 조건을 이용하여 최적의 조건을 찾아내는 것이 중요하며 이는 곧 생산단가와 직결된다. 바이오디젤 전환 시 고체촉매를 이용하면 후처리 공정의 단순화가 가능하며 글리세린의 순도가 약 98%로 매우 높아져 고부가 물질 생산 원료로 활용이 가능하다는 장점이 있으며 생산 단가를 4~20% 가량 낮출 수 있다. 본 연구에서는 바이오디젤의 경제적인 생산을 위하여 정제공정을 단순화 시킬 수 있는 방안으로 3종의 고체촉매를 이용하여 동 식물성 유지의 바이오디젤로 전환 실험을 수행 하였다. 촉매 활성화를 위하여 고체촉매를 $700^{\circ}C$에서 3~5시간 소성하고 동 식물성 유지를 이용 전이에스테르화 반응실험을 수행하여 30분 간격으로 시료를 수집 하였다. 실험 결과, 동물성 폐유지로부터 반응 120분 후에 최대 90% 이상의 지방산 메틸에스테르로의 전환율을 얻을 수 있었으며 식물성 유지인 팜유에서는 86%, 유채유에서는 64%의 전환율을 나타냈다. 동 식물성 유지의 초기 산가는 0.45~2mg KOH/g 사이로 나타났다.

최근 식물성 기름으로부터 생산된 바이오디젤의 보급이 활발해지면서, 그 원료의 안정적 확보에 대한 어려움과 원료가격 상승의 문제점이 발생하고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위한 대안으로 다양한 종류의 기름이 검토되고 있으며, 그 중 하나가 축산 폐유지를 이용한 바이오디젤의 생산이다. 그러나 축산 폐유지로부터 생산된 바이오디젤은 저온유동성이 열악하여 개선이 필요하다. 축산 폐유지 바이오디젤의 저온필터막힘점은 $6{\sim}8^{\circ}C$로 국내 동절기 품질 기준 $0^{\circ}C$ 이하를 만족하지 못한다. 본 연구에서는 축산 폐유지로부터 생산된 바이오디젤의 열악한 저온특성을 개선하기 위해 저온필터막힘점 개선 첨가제 6종을 사용하여 각각의 첨가제 혼합에 의한 저온유동성 개선 효과를 분석하였다. 각각의 첨가제를 1,000 ~ 5,000ppm 범위에서 폐돈지 및 폐우지 바이오디젤에 첨가하였다. 그 결과, Wintron을 제외한 나머지 첨가제는 폐돈지 바이오디젤의 저온필터막힘점을 최저 $0^{\circ}C$까지 개선할 수 있었다. 하지만 폐우지 바이오디젤의 경우, 첨가제에 의한 저온유동성 개선의 효과는 매우 적었다.

바이오가스 생산은 현재 정부에서 추진하고 있는 저탄소 녹색성장으로 인해 더욱 그 가치의 중요성이 부각되고 있다. 스웨덴 Scandinavian Biogas Fuel AB(SBF) 사의 바이오 가스 생산 기술을 이용함으로 소화효율을 개선하고 바이오가스 발생량을 극대화하였다. 전국 403개 공공하수처리시설 중 소화조가 설치된 처리시설은 65 개소이며 이중 57 개소에서 총 64개 소화조를 운영 중이다. 하지만 국내 소화조의 효율은 유입수질 저하, 운영, 관리 미숙으로 인해 전진국의 1/4 수준으로 에너지 이용률이 미미한 편이다. 환경부는 2010년부터 에너지 이용, 생산사용 확대, 추진을 위해 하수처리시설별 이용 가능한 에너지 잠재력의 종류, 양, 지역 내 수요자, 공급자 의 현황 규모 등을 정리해 2012년부터 에너지 이용사업 확대를 추진한다. SBF의 기술을 바탕으로 하수처리시설에서 들어오는 하루 슬러지 $1370m^3$와 음식물쓰레기 180t을 함께 처리하며 바이오가스 생산량을 더욱 늘렸다. 각 $7,000m^3$의 달걀모양(egg shape) 소화조 2개를 운영하며 생 슬러지와 음식물 쓰레기 처리 후 바로 소화조로 투입, 혐기 소화하는 방식이며 슬러지 최종처분방법은 탈수 후 소각된다. 반입되는 생 슬러지의 평균 TS 1.7%, VS 63% 이며 농축 후에는 평균 TS 9%, VS 75% 이다. 또 소화조로 들어가는 음식물 쓰레기는 평균 TS 8%, VS 85% 이며 소화 후 평균 TS 3.6% VS 59% 이다. 그리고 소화조의 pH는 7.3~7.8,유기산의 농도는 150mg/L~350mg/L, 가스발생량은 하루 평균 $26,500Nm^3$이며 소화효율은 평균 67%이다. 혐기성소화는 산소가 없는 무 산소 상태 에서 분해 가능한 유기물을 분해시켜 메탄으로 전환시키고 우리는 현재 이 가스를 소화조 가온에 사용하고, 판매하고 있다. 소화효율을 높이기 위하여 가온과 교반이 행해지는데 가온방식은 직접가온방식(증기주입식)과 간접가온방식(열교환방식)이 있다. 그중 우리는 간접가온방식을 채택하여 소화효율을 높였고 일반중온 혐기소화온도보다 약간 높은 $38^{\circ}C$로 운전한다. 그리고 일반적으로 알려진 교반방식인 가스교반, 기계교반, 이 둘은 병행한 교반이 아닌 독자적인 방법을 이용, 소화조 내의 슬러지가 정체되어 교반되지 않는 부분을 최소화 하였다. 이때 미생물이 투입되기 힘든 소화조 아래 쪽 으로도 고루분포 되어 슬러지를 이용 하게 되고 소화조 상하부의 온도차가 $1^{\circ}C$ 이하로 거의 완벽한 교반상태를 보여 줌 으로써 소화효율을 최대한으로 한다. 더욱이 소화일수 부족으로 인한 전반적 소화효율 저하가 발생하지 않도록 input과 output 조절을 통한 적정소화일수 20~25일을 최대한 맞추어 운전하여 소화조 설계용량의 평균 90%를 활용하고 있다.

Recently, comsumption of fossil fuel is causing many problems(oilflation, global warming, environmental pollution). For this reason Renewable energy is now becoming the center of interest as a solution to these problems. Bioethanol, especially, is able to substitute petroleum as fuel; making it a viable and promising renewable energy. In order to production of fuel bioethanol, Dehydration process is essential. Azeotropic distillation, extractive and pressure swing absorption(PSA) process are some of possible dehydration process, out of which, PSA process is attractive since it required less energy and lower setup cost. In this study, we produced fuel bioethanol using 2-step PSA(3 bed + 2 bed) process for more efficient and economical process. Through this study, we produced fuel bioethanol using 2-step PSA process and concentration of fuel bioethanol was 99.54wt%(feed ethanol: 92.4wt%). We expected that because of efficient use of absorbents(zeolite), 2 step PSA process contribute to economical operation.

최근 지구온난화로 인해 국제적으로 이산화탄소 저감에 대한 연구가 진행되고 있으며 특히, 이산화탄소의 분리 및 유용물질 전환 등의 다양한 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이산화탄소를 메탄으로 전환시키는 생물학적 반응은 acetotrophic methanogen, hydrogenotrophic methanogen 등의 미생물이 관여한다. 본 연구에서는 hydrogenotrohpic methanogen을 이용하여 메탄으로 전환하고자 하였다. 이를 위해 이산화탄소와 수소의 체류시간에 대한 연구를 진행하였으며, 선행 연구로 혐기성슬러지의 혼합배양균으로부터 hydrogenotrophic methanogen을 우점종화 하기 위해 고정층 반응기를 이용하여 이산화탄소와 수소 가스를 주입하여 고농도로 배양하였다. 그 결과, 반응기내의 이산화탄소의 메탄전환 균주로써 수소를 환원제로 이용하는 hydrogenotrophic methanogen이 배양되었음을 확인하였다. 이산화탄소와 수소가스의 체류시간에 따른 이산화탄소의 생물학적 메탄 전환 실험 결과, 약 4시간에서 이산화탄소의 저감률이 99%이었으며, 체류시간이 2시간, 1.5시간인 경우 이산화탄소의 저감률은 각각 71%, 68% 이었다.

쌀을 주식으로 하는 우리나라의 여건상 연간 추정치로 싸라기 약 12만톤, 미강 약 49만톤, 왕겨 약 79만톤의 벼 도정 부산물이 발생하고 있다. 본 연구에서는 벼 도정 부산물 중 비식량 자원인 왕겨를 대상으로 고효율 효소 당화를 위한 바이오매스 전처리 방법을 탐색하였다. 왕겨 원시료의 초기 조성은 셀룰로스 34.5%, 헤미셀룰로스 20.5%, 리그닌 25.3%, 회분 14.6%로 나타났는데, 억새 등 초본계 바이오매스와 비교하여 특이하게 높은 성분은 회분으로 이는 벼에 대한 규산질 비료의 시용에서 기인한 것이다. 바이오매스 전처리에 많이 사용되는 암모니아, 희황산 용매와 규산염에 침식성을 가지는 가성소다 용매를 이용하여 각 용매별 단독 및 알칼리-산 복합 처리 하였을 때 효소 가수분해 효율, 고상시료 성분변화 등을 상호 비교하였다. 예비실험을 통하여 암모니아 처리조건은 15%(w/w) $150^{\circ}C$ 20분, 가성소다 처리조건은 1.5%(w/w) $150^{\circ}C$ 20분, 희황산 처리조건은 1.0%(w/w) $150^{\circ}C$ 10분으로 설정하였다. 암모니아 단독, 희황산 단독, 암모니아-희황산 복합 처리 시료의 효소 가수분해 효율은 각각 37.8%, 39.1%, 42.8%로 약 40%선에서 큰 차이가 없었다. 반면 가성소다 단독, 가성소다-희황산 복합 처리시료의 효소 가수분해 효율은 각각 62.7%, 82.8%로 나타나 앞선 3가지 처리방법 대비 50%, 100%에 가까운 효소 가수분해 효율 향상을 보였다. 이 때 전처리 고상시료의 성분 변화를 살펴보면 회분 함량에서 큰 차이를 보였는데 암모니아 단독, 가성소다 단독, 희황산 단독, 암모니아-희황산 복합, 가성소다-희황산 복합 처리에서 각각 47.8%, 77.1%, 43.5%, 55.8%, 94.7%의 회분 성분 기각률(rejection rate)을 나타냈다. 이는 왕겨 효소 가수분해 효율의 최대 저해요인이 회분임을 추정할 수 있다. 왕겨 전처리 알칼리 용매는 암모니아보다 가성소다가 더 효과적이었고 희황산 복합 처리시 그 효과가 크게 상승하였다. 따라서 규산염(회분) 함량이 높은 바이오매스는 고온 고압 조건에서 가성소다 용액으로 처리한 후 그 고상분을 희황산 용액으로 복합 처리하는 시스템이 효소 당화 증진에 매우 유리함을 확인하였다.

미곡종합처리장에서 발생되는 농업부산물인 왕겨는 대부분 퇴비의 재료로 활용되고 있으며, 수익성이 없는 것으로 알려져 있다. 근래에 화석자원의 고갈이 진행되면서, 왕겨, 볏짚을 포함한 농업부산물은 화석연료와 달리 재생이 가능하고 지속 가능한 자원으로 각광을 받고 있다. 바이오매스를 이용하는 신재생에너지 기술로는 생물학적, 열화학적, 물리적 변환 기술 등이 있다. 그중 열화학적 변환 기술은 반응시간이 짧고, 단위부피당 처리량이 높으며 공정상의 폐기물이 적은 장점을 지니고 있어 왕겨의 에너지 활용에 효율적인 기술로 알려져 있다. 왕겨의 열분해 가스화는 CO, $H_2$, $CO_2$, 및 $CH_4$ 가스가 주성분인 합성가스로 전환되는 것을 말하며, 생산된 합성가스는 가스엔진의 발전 연료로 사용될 수 있다. 본 연구에서는 농업부산물인 왕겨를 이용한 열분해 가스화기에서 발생된 합성가스를 정제한 후, 20kW급 가스엔진을 적용하여 합성가스 에너지 활용특성에 관하여 고찰하였다. 그 결과 왕겨의 열분해/가스화반응에 의해 발생된 합성가스를 가스엔진으로 안정적으로 공급하였으며,16kw의 전력이 생산되는 것으로 나타났다.

미세조류 내의 엽록소는 바이오디젤 전환 반응에서 산 촉매의 활성을 억제 할 뿐만 아니라, 짙은 색상을 띄게하여 바이오디젤 품질규격으로부터 벗어나게 한다. 미세조류의 엽록소 분석은 용매에 의해 엽록소를 추출한 후, 흡광도를 측정하여 그 함량을 계산하는 방법을 널리 사용하고 있다. 건조된 미세조류의 분석은 선택되는 용매에 따라 최대 추출량이 달라지는 것을 제외하고 큰 문제가 없지만 미세조류를 lipid 오일로 변환하면, 용매에 녹지 않아 추출이 되지않는 문제가 발생하여 흡광도 측정을 어렵게 한다. 따라서 미세조류의 형태가 powder일 때와 오일인 경우를 구분하여 용매를 선택해야 하며, 오일 또는 powder 형태 구분 없이 사용할 수 있는 분석법을 적용하여 서로 다른 엽록소 함량을 비교한 후 분석법 간의 상호 장단점을 파악해야한다. 본 연구에서는 메탄올을 용매로 사용하는 분석법(porra et al.)과 아세톤을 용매로 사용하는 분석법(Humphrey and Jeffrey)을 적용하여 엽록소 함량을 비교하였고, AAS(Atomic Absorption Spectrometer)를 통한 Mg 함량 측정을 통해 엽록소 함량을 계산하는 분석법간의 차이를 확인하였다.

동물성 오일을 이용한 바이오디젤 생산 반응 후 미반응된 메탄올과 염기촉매의 처리에 관한 연구로써 바이오디젤의 순도에 영향을 미친다. 메탄올과 염기촉매는 바이오디젤 생산 반응 후 상층인 메틸 에스터 층과 하층인 글리세롤 층에 각각 포함되어 있다. 1차적으로 각각의 층에서 메탄올을 증발하게 되며 메탄올 증발은 감압 증류 장치를 이용해 분리하게 된다. BD100을 기준으로 하여 메탄올의 함량은 0.2% 이하여야 하며 수분 함량은 0.05% 이하를 유지해야 한다. 메탄올 증발은 메탄올의 끓는 온도인 $65^{\circ}C$를 기준으로 하여 끓는점 보다 낮은 온도와 높은 온도에서 각각 증발을 실시하고 각각의 메탄올 증발 제거에 따른 FAME 함량에 미치는 영향에 대해 FAME 함량 분석을 통해 조사하였으며 메탄올 증발 후 증류수를 이용한 바이오디젤 내 잔류 촉매 및 자유 글리세린 세정 제거에 대해 조사하였다. 증류수 양과 증류수 온도 및 세정 시간에 따른 FAME 함량 변화를 알아보았으며 세정 후 증류수 증발에 따른 FAME 함량 변화에 대해서 분석을 실시하였다. 본 실험을 통해 동물성 오일을 이용한 바이오디젤 생산 후처리 공정인 메탄올 증발 및 세정, 수분 증발 공정의 최적 조건을 도출하고자 하였다.

Bioenergy production from lignocellulosic biomass and agriculture wastes have been attracted because of its sustainable and non-edible source. Especially, canola is considered as one of the best feedstock for renewable fuel production. Oil extracted canola and its agriculture residues are reuseable for bioethanol production. However, a pretreatment step is required before enzymatic hydrolysis to disrupt recalcitrant lignocellulosic matrix. To increase the sugar conversion, more efficient pretreatment process was necessary for removal of saccharification barriers such as lignin. Alkaline pretreatment makes the lignocellulose swollen through solvation and induces more porous structure for enzyme access. In our previous work, aqueous ammonia (1~20%) was utilized for alkaline reagent to increase the crystallinity of canola residues pretreatment. In this study, significant factors for efficient soaking in aqueous ammonia pretreatment on canola residues was optimized by using the response surface method (RSM). Based on the fundamental experiments, the real values of factors at the center (0) were determined as follows; $70^{\circ}C$ of temperature, 17.5% of ammonia concentration and 18 h of reaction time in the experiment design using central composition design (CCD). A statistical model predicted that the highest removal yield of lignin was 54% at the following optimized reaction conditions: $72.68^{\circ}C$ of temperature, 18.30% of ammonia concentration and 18.30 h of reaction time. Finally, maximum theoretical yields of soaking in aqueous ammonia pretreatment were 42.23% of glucose and 22.68% of xylose.

Furfural is a versatile derivative. It can be utilized for a building-block of furfuryl alcohol production and a component of fuels or liquid alkanes. But in bio-process, furfural is a critical compound because it inhibits cell growth and metabolism. Furfural could be converted from xylose and usually produced from biomass in which hemicellulose is abundant. In this study, furfural production from miscanthus was performed and utilization of miscanthus residue was consequently conducted. At first, hydrolysis for investigation of miscanthus composition and furfural production was performed using sulfuric acid. Previously, we optimized dilute acid pretreatment condition for miscanthus pretreatment and the condition was found to be about 15 min of reaction time, 1.5% of acid concentration and about $140^{\circ}C$ of temperature and 60% (about 7 g/L) of xylose was solubilized from miscanthus. Using the xylose, furfural production was conducted as second step. Approximately $160{\sim}200^{\circ}C$ of temperature was accompanied with the hydrolysis for pyrolysis of biomass. When the investigated condition; $180^{\circ}C$ of temperature, 20 min of reaction time and 2% of acid concentration was operated for furfural production, furfural productivity was reached to be 77% of theoretical maximum. After reaction, residue of miscanthus was utilized as feedstock of ethanol fermentation. Residue was well washed using water and saccharified using hydrolysis enzymes. Hydrolysate (glucose) from saccharification was utilized for the carbon source of Saccharomyces cervisiae K35.

일반적으로 알콜계 물질은 가스 하이드레이트 형성에 저해제로 사용된다고 알려져 있으나, 최근의 연구를 통해 2-propanol이 일부 조건에서 촉진효과가 나타난다고 보고되고 있다. 본 연구에서는 알콜계 물질인 1-propanol과 2-propanol의 가스 하이드레이트 격자내로의 포집여부와 그로 인한 촉진 혹은 저해 작용 그리고 구조적 특성에 대해 알아보았다. $CO_2$와 $CH_4$ 기체에 대하여 1-propanol 혹은 2-propanol을 첨가하여 형성된 혼합 하이드레이트의 3상평형 기상(V)-물(Lw)-하이드레이트(H))을 측정하였다. 그 결과 $CO_2$의 경우 1-propanol과 2-propanol이 저해 작용을 함을 확인하였으며 농도가 높을수록 저해작용이 커짐을 알 수 있었다. 반면, $CH_4$의 경우 1-propanol에서는 저해 및 촉진효과가 거의 나타나지 않았지만, 2-propanol에서는 촉진효과가 나타났으며 5.6 mol%에서 촉진효과가 가장 크게 나타났다. 혼합 하이드레이트의 구조규명 및 동공 점유 분석을 위해 $^{13}C$ NMR과 XRD분석을 하였으며, 그 결과 2-propanol과 1-propanol을 포함하는 혼합 하이드레이트는 구조 II를 형성하며, 2-propanol과 1-propanol은 큰 동공에 포집되고, 기체는 작은 동공에 포집됨을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과는 알콜계 물질을 첨가제로 사용하는 가스 하이드레이트 공정에서 매우 유용한 기초자료가 될 것으로 사료된다.

석탄가스화복합발전과 연계하여 사용할 수 있는 $CO_2$분리법으로 연소 전 탈탄소화는 연료가 연소되기 전에 $CO_2$를 회수하는 방법으로 현재 여러가지 분리법이 사용되고 있다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트의 다양한 응용 분야 중 이산화탄소 격리분야에서 합성가스로부터 $CO_2$롤 효과적으로 분리/회수하기 위하여 가스 고형화법에 관한 연구를 진행하였다. 가스 하이드레이트 형성과정에서의 반응 특성을 살펴보기 위하여 순수계와 촉진제 첨가계(TBAB, TBAF, THF)에 대하여 반응시간에 따른 가스소모량 및 기상의 $CO_2$ 조성 변화를 측정하였다. 그 결과 하이드레이트 상에 고농도의 $CO_2$가 포집되는 것을 확인 할 수 있었다. 순수계와 THF 첨가계의 경우 가스 소모량이 다른 계에 비하여 높게 나타났다. 이는 순수계의 경우 구조-I의 큰 동공과 작은 동공에 모두 기체가 점유되기 때문이며, THF 첨가계의 경우 구조-II의 큰 동공에만 기체가 점유되지만 THF의 첨가로 인해 전환율이 증가되기 때문이다. 반면, TBAF와 TBAB 첨가계의 경우에는 상재적으로 낮은 가스 소모량을 보였다. 기체 소모량이 큰 경우 최종 기상의 $CO_2$ 조성이 낮게 나타났다. 그리고 모든 실험조건에서 1시간 이내에 하이드레이트 형성반응이 종결되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 촉진제 첨가에 의한 하이드레이트의 구조적인 변화를 확인하기 위하여 Raman 분광법과 $^1H$-NMR을 이용하여 혼합가스 하이드레이트를 분석하였다. 본 실험으로 얻어진 결과는 가스 고형화법을 이용한 합성가스 분리 공정 설계 및 개발에 중요한 기초자료가 될 것으로 사료된다.

The motivation for this work was the potential of hydrophobic amino acids such as glycine, L-alanine, and L-valine to be applied as thermodynamic hydrate inhibitors (THIs). To confirm their capabilities in inhibiting the formation of gas hydrates, three-phase (liquid-hydrate-vapor) equilibrium conditions for carbon dioxide hydrate formation in the presence of 0.1 to 3.0 mol% amino acid solutions were determined in the range of 273.05 to 281.45 K and 14.1 to 35.2 bar. From quantitative analyses, the inhibiting effects of the amino acids (on a mole concentration basis) decreased in the following order: L-valine > L-alanine > glycine. The application of amino acids as THIs has several potential advantages over conventional methods. First, the environmentally friendly nature of amino acids as compared to conventional inhibitors means that damage to ecological systems and the environment could be minimized. Second, the loss of amino acids in recovery process would be considerably reduced because amino acids are non-volatile. Third, amino acids have great potential as a model system in which to investigate the inhibition mechanism on the molecular level, since the structure and chemical properties of amino acids are well understood.

Sulfur hexafluoride ($SF_6$), one of the most potent greenhouse gases, is known as a hydrate former and has been studied at the high pressure up to 1.3 GPa with gas mixtures and with aqueous surfactant. Since we regard $SF_6$ as a potential promoter molecule that can stabilize hydrate structure more effectively compare to the other promoters, further investigation is required to verify the stabilizing ability of $SF_6$ in the hydrate structure. However, the insoluble nature of $SF_6$ in water or gases hinders fine scale analyses. This work discusses the data obtained by using molecular dynamics simulations of structure II (sII) clathrate hydrates containing $SF_6$ and $H_2$. The simulations were performed using the TIP4P/Ice model for water molecule and a previously reported $SF_6$ molecular model (optimized at the pure $SF_6$ single phase system (Olivet and Vega, 2007)), and a $H_2$ molecular model (adapted from the THF+$H_2$ hydrate system (Alavi et al., 2006)). The simulations are performed to observe the stability of $SF_6$ and $H_2$ in the sII clathrate hydrate system with varying temperature and pressure conditions and occupancies of $SF_6$ and $H_2$, which cannot be easily tuned experimentally. We observe that stability of H2 enclathrated in the hydrate structure more affected by the occupancy of $SF_6$ molecules and temperature than pressure, which ranges from 1 to 100 bar.

본 연구에서는 THF(Tetrahydrofuran)와 산화탄소나노튜브를 혼합한 유체가 메탄 하이드레이트 생성에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 하이드레이트 생성실험을 수행하고 비교분석하였다. 먼저 하이드레이트 생성 시 정확히 큰 동공에 하나의 THF 분자를 위치시킬 수 있는 5.56 mol%의 THF 혼합유체와 0.003 wt%의 산화 탄소나노튜브를 첨가한 산화탄소나노유체에서 하이드레이트 생성실험을 수행한 결과 같은 과냉도에서 상평형은 THF가 우수하였으며, 하이드레이트 생성에 소모되는 가스소모량은 산화탄소나노튜브가 월등히 우수한 효과를 보였다. 따라서 이 두 종류 촉진제의 단점을 보완하고, 우수한 효과를 이끌어 내기 위해 THF와 산화탄소나노튜브를 혼합하였다. 0.003 wt%의 산화탄소나노유체에 5.56 mol%의 THF를 혼합하였으며, 하이드레이트 상평형, 가스소모량, 생성시간을 측정하여 증류수와 THF, 산화탄소나노유체와 비교하였다. 그 결과, THF+산화탄소나노튜브 혼합유체의 상평형은 THF의 상평형과 비슷하였으고, 과냉도 3.4K에서의 가스소모량은 산화나노유체가 증류수의 3.6배, THF가 증류수의 1.7배, THF+산화탄소나노튜브 혼합유체가 증류수의 5.2배로 THF+산화탄소나노튜브 혼합유체에서 가스소모량이 가장 높음을 알 수 있었다. 또한 하이드레이트 생성시간은 같은 과냉도에서 THF+산화탄소나노튜브 혼합유체가 THF보다 빠르며, 산화탄소나노유체의 하이드레이트 생성시간과 비슷함을 보였다. 따라서 THF+산화탄소나노튜브 혼합유체는 THF의 우수한 상평형 효과와 탄소나노튜브의 높은 가스소모량 효과를 같이 가지고 있음을 확인하였다.

Self-preservation effect was identified by means of macroscopic dissociation experiments after keeping natural gas hydrate samples at 258 K for 15 days. The hydrate samples were formed using synthetic natural gas hydrate whose compositions are 90% $CH_4$, 7% $C_2H_6$, and 3% $C_3H_8$. In addition, during the formation, heavy hydrocarbons of propane and ethane are found to occupy hydrate cages in a more favorable way than methane so as to change the gas composition after hydrate formation. Experimental results obtained in this study can provide useful information on applications of natural gas hydrate for storing or transporting natural gas in the form of solid hydrate.

저온 고압의 환경에서 안정한 하이드레이트 함유 퇴적물 연구를 위하여 현장의 압력을 유지하여 코어를 회수할 수 있는 압력 코어러 (Pressure Corer)가 개발된 이후로 다양한 방법으로 압력코어를 이용한 연구가 진행되어 왔다. 하이드레이트의 안정영역 특성상 일반 코어러 샘플에서는 하이드레이트 함유 퇴적물의 회수가 용이하지 않았던 이유로 압력코어샘플응 이용한 현장 하이드레이트 함유 퇴적물의 연구는 필수적이다. 초기 단계에서는 압력코어를 이용한 비파괴 검사와 단순 감압 시험이 이루어졌다. 비파괴 검사를 통하여서는 X-ray 단면, 감마 밀도 (gamma density), 음파 속도 등이 측정 되었으며 감암 시험을 통하여서는 시료 내 하이드레이트 함유량을 산정하였다. 감압 후 다양한 지화학 분석이 후행되었다. 가스 하이드레이트 함유 퇴적물의 물성과 생산 거동이 점차 부각됨에 따라 압력코어 시료를 순간 감압하여 액체 질소에 보관하였다가 압밀시험, 삼축 압축 시험 등 물성 시험이 수행되었으며 수행 동안 X-ray 단면, 비저항, 음파 속도 등의 물성측정이 이루어졌다. 또한 액체 질소 보관 시료를 이용하여 감압법, 열염수 주입법, 열자극 법 등을 적용하여 생산 실험을 수행하기도 하였다. 이후에 압력코어 시료 절단 및 이동 시스템이 개발됨에 따라 보다 다양하고 많은 연구자 들이 압력코어 시료를 이용할 수 있게 되었으며 물성 연구뿐만 아니라 미생물 연구에 까지 압력코어 시료가 사용되게 되었다. 최근에는 절단 시료를 이용한 생산 실험 연구 또한 진행되었다.

천연의 메탄 하이드레이트를 생산하기 위한 방법으로 몇 가지가 알려져 있으나 최근의 연구 결과로는 감압법이 가장 효과적이며 경제성을 확보할 수 있다고 알려져 있다. 하지만 이 방법을 이용한 메탄 하이드레이트 개발생산 시에는 해리된 물과 가스가 동시에 생산유체로 발생하여 수송되며, 생성수에는 하이드레이트 전구체라고 알려진 미완의 하이드레이트 구조체가 남게 된다. 생산유체는 낮은 해수온도에 노출되어 가스 하이드레이트가 쉽게 재생성될 가능성이 높기 때문에 안정적인 가스 생산과 생산시설의 보호를 위해서는 적절한 가스 하이드레이트 재성성 억제대책이 필요하다. Kinetic 억제제의 적용이 많이 이루어지고 있는 가스전에서의 경험을 바탕으로 투여해 보는 시도를 하고 있지만 sII인 천연가스 하이드레이트에서의 억제효과와 비교하여 저하된 결과가 보고되고 있다. sI과 sII는 메커니즘의 차이로 인해 억제제의 성능이 다르게 나타난다. sI인 메탄 하이드레이트에 대하여 kinetic 억제제의 효과를 살펴보았고 이온성액체를 적용한 효과적인 sI 하이드레이트 억제기법을 보고한다. 또한 기존의 sII 억제제와 혼합하여 시너지효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

$CO_2$ separation from a flue gas by using the gas hydrate technology was suggested by Kang et al. They reported phase equilibrium conditions of mixed gases composed of $CO_2$ and N2 with THF as a thermodynamic promoter. In this study, we reported the phase equilibrium conditions of a mixed gas which had a realistic composition of the blast furnace gas (BFG) emitted from the steel-making process. The phase equilibrium measurements were done by using the "continuous" QCM method, and the results demonstrate that this method is efficient and as accurate as the conventional temperature search method.

청정 에너지원으로 높은 잠재력을 가지고 있는 가스하이드레이트는 상업적 기술개발이 미확보된 상태이다. 현재 전 세계적으로 가스하이드레이트 개발 및 생산에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며 이에 대한 기초자료로서 가스하이드레이트가 함유된 퇴적층의 물성자료가 필요하다. 특히, 현장 시료에 대한 물성 측정은 향후 가스하이드레이트 개발 및 생산 계획을 수립하는데 있어서 매우 중요하다. 탄성파 측정 결과는 다른 물성 들에 비하여 하이드레이트 함유 시료의 성형과정에 큰 영향을 받는다. 또한 그 외의 실험 경계조건과 취득 자료의 처리 과정에도 매우 민감하게 반응한다. 따라서 측정을 하는 과정은 물론 측정 후 자료의 활용 과정에서 다양히 고려해야 할 점들이 있다. 본 연구에서는 인공 모래를 이용하여 다양한 조건에서 탄성파 속도를 측정한 후 그 결과를 토대로 하여 기존의 연구 결과와 비교하여 음파 측정연구 시 고려해야 할 기술적 사항 들을 정리해 보았다. 실험에 사용된 장비는 고압의 퇴적층을 모사할 수 있는 압력셀과 메탄과 염수 주입에 사용되는 유체 주입장비, 하이드레이트 형성을 위한 온도조절장비, 자료 획득 장비로 구성되어 있다. p파 속도는 음파 송수신장비를 사용하였다.

최근 급격한 경제성장과 고도 산업사회로의 전환에 따라 에너지 수요가 크게 증가하고 있다. 이에 따라 석유, 가스 등 화석에너지의 소비량과 온실가스 배출량이 급격히 늘어나고 있는 실정이다. 따라서 화석에너지의 소비와 온실가스 배출을 저감시키기 위해 친환경적인 에너지를 이용하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다. 이와 같은 노력 중 하나가 바로 태양열에너지를 이용하는 방법이다. 태양열에너지는 자원 고갈의 우려가 없고, 에너지의 이용 과정에서 공해 물질을 배출하지 않아 대체 에너지원으로 각광을 받고 있다. 하지만 에너지 밀도가 낮고 에너지의 공급이 기상조건에 따라 큰 영향을 받으므로 태양열에너지를 이용하기 위해서는 효율적인 집열시스템이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 우수한 열적특성을 가진 탄소나노유체를 히트파이프 작동유체에 적용하여, 태양열 집열기의 효율을 향상시키기 위해 탄소나노유체의 열전도도 및 점도특성을 비교분석하였다. 나노유체는 에탄올에 산화 다중벽 탄소나노튜브(Oxidized Multi-walled Carbon Nanotubes, OMWCNTs)를 혼합하고, 초음파 분산하여 제조하였다. 에탄올-산화탄소나노유체의 열전도도와 점도는 저온($10^{\circ}C$), 상온($25^{\circ}C$), 고온($70^{\circ}C$)에서 측정하여 비교분석하였으며, 열전도도는 전기 전도성 유체의 비정상 열선법(Transient Hot-wire Method)을 이용하여 측정하였고, 점도는 회전형 디지털 점도계를 이용하였다. 실험 결과 0.1 vol%의 에탄올-산화탄소나노유체의 열전도도는 기본 유체 대비 33.72%($10^{\circ}C$), 33.14%($25^{\circ}C$), 32.26%($70^{\circ}C$)가 향상되었으며, 점도 또한 기본유체보다 크게 증가하지 않아 히트파이프 작동유체로서 우수한 효과를 나타낼 수 있음을 확인하였다. 본 연구의 결과는 태양열 집열기 히트파이프의 효율 향상을 위한 기초자료로써 유용한 정보를 제공할 것이라 판단된다.

Knowledge of the detailed solar radiation components are essential for modeling many solar systems. This is particularly the case for applications that concentrate the incident energy to attain high photo-dynamic efficiency achievable only at the higher intensities. In order to estimate the performance of concentrating solar systems, it is necessary to know the intensity of the beam radiation, as only this component can be concentrated. The Korea Institute of Energy Research(KIER) has began collecting detailed solar radiation component data since August, 1988. KIER's component data will be extensively used by solar system users or designers as well as by research institutes.

Since the direct normal insolation is a main factor for designing any solar thermal power system, it is necessary to evaluate its characteristics all over the country. We have begun collecting direct normal insolation data since December 1992 at 16 different locations and considerable effort has been made for constructing a standard value from measured data at each station. KIER(Korea Institute of Energy Research)'s new data will be extensively used by solar thermal concentrating system users or designers as well as by research institutes. From the results, we can conclude that 1) Yearly mean $2.67kWh/m^2/day$ of the all day's direct normal insolation was evaluated for all days all over the 16 areas in Korea. 2) All day's direct normal insolation of spring and summer were $2.91kWh/m^2/day$ and $2.23kWh/m^2/day$, and for fall and winter their values were $2.78kWh/m^2/day$ and $2.77kWh/m^2/day$ respectively. So, spring, fall and winter were higher, and summer was lower than the yearly mean value.

The application of solar energy in residential building is general and natural in today. And application methods of solar thermal energy is divided in two kind of form, single evacuated tube and flat-plate form. Then in this study, the efficiency of single evacuated tube and flat-plate system is compared by total and effective area considering the time receiving the solar radiation between 24 hours and the specific time(10:00~15:00). As a result of the experiment, single evacuated tube and flat-plate collector's efficiency is varied by the quantity of solar radiation. And especially, the flat-plate system is more affected by outdoor temperature. Therefore the application of solar thermal system should be considered the solar radiation and outdoor temperature.

철도 선진국을 중심으로 신재생에너지의 철도 시스템 적용이 가속화 되고 있고, 국내에서도 철도 시스템에 신재생에너지를 적용하려는 시도가 이루어지고 있다. 이미 상당수의 신규 역사가 BIPV(building integrated photovoltaic) 시스템을 적용하고 있고, 단순히 유휴지를 이용한 풍력 발전 시스템을 넘어서 차량의 주행풍을 이용하거나 차량 외부에 풍력 발전기를 설치하는 등의 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 수소 에너지를 연료로 하는 연로전지의 경우 기존 전기철도의 대체 연료로서 주목을 받으며 많은 연구가 이루어졌고 현재는 시험 운전 단계에 이르러 있다. 지열의 경우에는 벌써 오래전부터 승강장 또는 선로의 해빙장치의 에너지원으로 사용 되고 있다. 이밖에 수력 및 해양 에너지의 경우 전철전력의 청정 에너지 공급원으로 보고되고 있으며, 차량이나 역사 내에서 발생하는 운동 에너지를 수확하여 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 기술이 새로운 신재생에너지 기술로서 많은 관심을 받고 있다. 에너지 문제와 온실가스 감축 의무 부담이 날로 가중되는 현 시점에서 신재생에너지의 전기철도 시스템 적용은 이 같은 문제를 해결할 수 있는 확실한 대안이 될 것이다. 본 논문에서는 국내외 전기철도 시스템의 신재생에너지 적용 기술과 적용 방안에 대해 고찰한다.

This paper presents field tests about the energy saving rate by appling the energy storage device for urban transit system. The tests are performed to know how much energy are saved, on cases that the energy storage device is on/off.

This paper proposes the method to implement the railroad switching point heating system using the hybrid of the photovoltaic and wind power. The goal of the implementation of the railroad switching point heating system is to prevent freezing of the snow in the winter. The heating system of railway used to supply electricity through photovoltaic and wind power to prevent freezing. Hot wires of the railroad switching point heating system are used about 2kW of electric energy at the day. The electric energy of 2kW used the length of the hot wires about 3m. As the ON and/or OFF mode considering the tracks temperature and the ambient temperature, so the way the use of power-saving effect. In addition, the system can be used the railroad switching point heating system in winter and railway signal and street lights around the track in summer. In experiment, we acquired the power data according to time at the day of photovoltaic and wind power. We confirmed the temperature rise using the heating cable for 3m of $85^{\circ}C$, 30W/m. The temperature rise of the heating cable changes the temperature of $5^{\circ}C$ after 10 minutes and $11^{\circ}C$ after 10 minutes. We have confirmed the possibility of the railroad switching point heating system using the hybrid of the photovoltaic and wind power.

A dynamic simulation study on SCR process in GTL process was carried out in order to find optimum operation conditions for pilot plant operation. Optimum operating conditions for SCR synthesis gas process were determined by changing operation variables such as feed temperature and pressure. It was also assumed that physical properties of reaction medium were governed by RKS (Redlich-Kwong-Soave) equation. The effect of temperature and pressure on synthesis gas process $H_2$/CO ratio were mainly examined. Dynamic simulation results were fed back to feed operation condition for optimizing productivity, especially for appropriate condition to FT (Fischer-Tropsch) synthesis unit.

올리빈 구조의 $LiFePO_4$ 정극 활물질은 $650^{\circ}C$에서 고상법으로 제조되었다. $LiFePO_4$의 전자전도도를 향상시키기 위하여 graphite nanofiber(GNF)를 각각 3wt%, 5wt%, 7wt%, 9wt% 첨가하여 $LiFePO_4$-C를 제조하였다. 제조된 분말의 입자 형태를 확인하기 위하여 X-ray diffraction(XRD)과 File Electronic Scaning Electromicroscopy(FE-SEM)를 측정하였다. XRD결과로부터 제조된 분말은 모두 순수한 결정 구조를 나타내었고 입자의 크기는 약 200nm였다. 5wt% GNF를 첨가한 $LiFePO_4$-C는 기타 첨가량에 비해 방전용량이 가장 높았다. 첫 사이클의 용량은 151.73mAh/g 나타났고 50 사이클 뒤에도 92% 이상을 유지하고 있었다. 첨가하지 않은 것에 비해 43% 증가하였다. $LiFePO_4$-C(3wt%), $LiFePO_4$-C(7wt%), $LiFePO_4$-C(9wt%)의 첫 사이클 방전용량은 각각 147.94mAh/g, 136.64mAh/g, 121.07mAh/g 나타났다. $LiFePO_4$-C(5wt%)에 비해 용량은 떨어쪘지만 순수한 $LiFePO_4$보다 많이 높았다. 임피던스 결과를 보면 기타 첨가량에 비해 $LiFePO_4$-C(5wt%)의 저항 제일 낮았다. 이는 충방전 결과와 일치하였다. graphite nanofiber의 첨가로 인하여 $LiFePO_4$ 정극 활물질의 전자전도도가 높아지고, 따라서 전기화학적 특성도 크게 향상되었다.

Poly (sodium 4-styrenesulfonate) (PSS) is ionomer based on polystyrene that is electrical conductivity and isoviscosity. LiFePO4 has been a promising electrode material however its poor conductivity limits practical application. To enhance the electronic conductivity of LiFePO4, in this study we prepared LiFePO4- PSS composite by the hydrothermal method. LiFePO4 was heated at $170^{\circ}C$ for 12h and then different wt% PSS (0%, 2.91%, 4.75%, 7.36%, 10%) are added to LiFePO4 and milled at 300rpm for 10h. And then the obtained powders were subsequently heated at $500^{\circ}C$ for 1h under argon flow. The cathode electrode were made from mixtures of LiFePO4-PSS: SP-270- PVDF in a weighting ratio 75%: 25%:5%. The electrochemical properties of LiFePO4- PSS/Li batteries were analyzed by cyclic voltammetry and charge/discharge tests. LiFePO4-C/Li battery with 4.75 wt% PSS displays discharge capacity of 128 mAh g-1 at room temperature that is considerably higher than pure LiFePO4/Li battery ( 113.48 mAhg-1).

Electric vehicle use independent electricity of high voltage. if isolation of electricity is destructed, devices and people are considerably damaged. Therefore, detection of ground fault is necessary for electric vehicle. As the existing detection method of ground fault can not detect ground fault when isolation of both positive side and negative side of electricity is destructed, and change of voltage of electricity. This paper proposed detection method for ground fault of both two sides of electricity and change of voltage. The proposed method is verified by analysis of equivalent circuit.

산업혁명 이후 계속된 산업화로 이산화탄소, 메탄, 이산화질소와 같은 온실가스의 대기 중 농도가 지속적으로 증가하고 있다. 세계 각국은 화석연료 고갈 및 기후변화에 대처하기 위해 대체연료에 대한 연구가 활성화되고 있는데 특히, 폐유 재생과 폐기물의 발생 및 처리 문제를 극복하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 본 시험은 폐유를 정제한 정제연료유와 유화정제연료유의 물성을 석유제품인 중유와 비교 분석하였다. 유화정제연료유는 폐유 중 중금속, 회분 및 슬러지 등을 제거한 후 유화제 등을 넣어 생산된 제품으로 연구를 수행하였다. 본 논문은 이에 대한 전반적인 내용을 언급하였다.

최근 자동차용 휘발유에 메탄올을 불법 혼합시켜 유통시키는 사례가 빈번히 적발되고 있다. 정상적인 연료에 알코올이 불법 혼합될 경우, 장치 내 고무류와 금속류를 부식시키며, 독성가스인 알데하이드를 배출시키는 것으로 알려져 있다. 또한 에탄올의 경우 흡습성이 높아 자체적으로 수분을 생성시킬 수 있으며 정상 휘발유보다 증기압이 높기 때문에 밀폐공간에서 화재 및 질식의 위험이 있을 수 있다. 현재 휘발유 내에 알코올 성분을 분석하기 위한 분석법으로는 Gas Chromatography가 이용되고 있으나 고가의 장비와 긴 분석시간으로 인해서 유사석유의 판별여부가 효율적으로 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 화학절 식별제인 크롬산($CrO_3$)을 이용하여 휘발유 내 알코올 성분을 정성 정량 분석하였다. 환원된 3가 크롬은 용액상에서 붉은색을 나타내므로 육안으로도 알코올의 존재여부를 간단히 확인할 수 있으며, UV-Vis Spectrophotometry를 통해 휘발유 내 알코올의 농도에 따라 흡광도값이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

Renewable energy(RE) systems have difficulties in operating and management due to the intermittency of the energy generation. Stochastic supply profiles of RE creates problems for mechanical and electrical design in relation to the selection of technology types and capacities of RE to be installed. This paper presents an methodology of the feasibility assessment of RE-integrated energy systems on the basis of hourly demand/supply analysis tools. Also, this paper shows the feasibility and the usefulness of GS REMA(Renewable Energy Matching Analysis) and HOMER by comparing actual energy data.

The objective of this study is to investigate the effects of the refrigerant charge amount on the performance of a water-to-water ground source heat pump with a variation of compressor speed and the secondary fluid flow rate. The water-to-water ground source heat pump was tested by varying refrigerant charge amount from -40% to 20% of full charge. Compressor speed was changed from 30 Hz to 75 Hz, and the secondary fluid flow rate was adjusted from 6 LPM to 14 LPM. For all test conditions, EWT of an indoor heat exchanger and an outdoor heat exchanger were maintained at standard conditions of ISO 13256-2. The slope of the COP with the variation of charge amount is much steeper at undercharged conditions than that at overcharged conditions. For all compressor speed, the variation of the system performance according to charge amounts showed the similar trends. However, the optimum charge amount of the system increased a little with an increment of compressor speed. When the secondary fluid flow rate decreased, the system optimized at higher refrigerant charge amount conditions.

Energy foundations and other thermo-active ground structure, energy wells, energy slab, and pavement heating and cooling represent an innovative technology that contributes to environmental protection and provides substantial long-term cost savings and minimized maintenance. This paper focuses on earth-contact concrete elements that are already required for structural reasons, but which simultaneously work as heat exchangers. Pipes, energy slabs, filled with a heat carrier fluid are installed under conventional structural elements, forming the primary circuit of a geothermal energy system. The natural ground temperature is used as a heat source in winter and heat sink in summer season. The system represented very high heating and cooling performance due to the stability of EWT from energy slab. Maximum heat pump unit COP and system COP were 4.9 and 4.3.

신재생에너지 산업의 인수합병은 2010년, 전년 대비 70%가 증가하였고 이런 추이는 2011년에도 계속되고 있어 신재생에너지 인수합병 효과에 대한 심도 있는 분석과 이를 바탕으로 한 적절한 정책과 전략이 요구되고 있다. 본 연구에서는 인수합병 유형이 신재생에너지 기업의 가치에 미치는 영향을 주가를 이용하여 한 사건이 기업의 가치에 미치는 영향을 평가하는 통계학적 방법인 사건연구(event study) 방법을 통해 분석하였다. 인수합병 유형의 구분은 (1) 같은 신재생에너지원 산업 내 인수합병(수직형 기업결합), (2) 다른 신재생에너지원 산업의 기업 간 인수합병(수평형 기업결합), (3) 대형에너지 기업과 신재생에너지 기업 간 인수합병(수평형 기업결합), (4) 관련이 없는 이종 기업 간 이루어지는 인수합병(혼합형 기업결합) 총 네 유형으로 구분하였다. 분석결과 수평형 기업결합 ( horizontal merger)은 두 경우 모두 인수합병의 효과가 통계적으로 유의하지 않은 것으로 파악되었으며 혼합형 기업결합(conglomerate merger)과 수직형 기업결합(vertical merger)이 유의한 효과가 있는 것으로 나타났다. 특히 에너지산업 외부의 기업이 신재생에너지 기업을 인수하였을 때 그 효과가 가장 큰 것으로 나타났는데 이는 변동성이 매우 큰 신재생에너지 산업에 특성이 반영된 결과인 것으로 판단된다.

This paper conducted an analysis of economic effects of offshore wind power in Korea with benefit/cost analysis. The existing feed-on tariff, which was too low to support wind power development, was recently replaced with a Renewable Portfolio Standard(RPS), effective from 2012. According to the new regulatory policy, The Korean government has announced a strategy to draw investments worth for offshore wind farms with a total capacity of 2.5 GW over the next eight years, which is expected the change of cost and benefit. After overview the offshore wind power development status, The effects on cost can be divided by economic, environmental and social factors. Each factor will be calculated and combined by both evaluating index and using Quantification methods. At the end, the implication for the evaluation of feasibility of offshore wind power of Korea will be done.

The global rise of greenhouse gas(GHG) emissions and its potentially devastating consequences require a comprehensive regulatory framework for reducing emissions, including those from the transport sector. alternative fuels and technologies have been promoted as a means for reducing the carbon intensity of the transport sector. Renewable fuel policies were historically motivated by energy security concerns, and to promoted agricultural industries. In the last decade, biofuels have also been discussed as low or net-zero carbon soures of energy for transportation. Hence, the development of biofuels has been supported by a range of policy instruments, including volumetric targets or blending mandates, tax incentives or penalties, preferential government purchasing, government funded research, development in world-wide. As one of the most powerfuel instruments, renewable fuel mandates require fuel producers to produce a pre-defined amount(or share) of biofuels and blend them with petroleum fuel. In this study, we reviewed Renewable Fuel Standard(RFS, USA), Renewable Transport Fules Obligation (RTFO, UK) as a renewable fuel mandate policy to reduce GHG. This includes not only mandate system for blending of biofuels in transport fuels, but also sustainability to use biofuels in this system.

본 연구에서는 풍력에너지 보급을 위한 신재생에너지정책의 포트폴리오의 구성이라는 최종 목적 하에 먼저 적용 가능 수단 및 주요 쟁점사항에 대하여 고찰해 보았다. 먼저 FIT(Feed in Tariff)와 RPS(Renewable Energy Portfolio) 등 대표적인 신재생에너지 보급 정책들과 선진국 사례들을 중심으로 적용 가능한 그 외의 정책에 대하여 검토해보았다. 또한 이러한 정책을 시행하였을 때 성공여부에 영향을 미칠 수 있는 국내 주요 정책 변수에 대하여 조사해 보고, 향후 예상되는 국내 산업환경변화를 고려하여 장기적 전략수립을 위한 기초 연구를 수행하고자 하였다. 특히 이 과정에서 신재생에너지산업정책에서 공통된 주요 이슈들과 블레이드의 대형화나 해상풍력발전 등 풍력산업에서 차별화되어 나타나는 이슈에 대하여 검토하고 이러한 이슈들을 정책 포트폴리오 구성에 충분히 반영할 수 있도록 함으로써 현실과 동떨어진 정책연구가 되지 않도록 노력하였다. 이러한 연구는 신재생에너지 강국으로 도약하기 위하여 태양광과 풍력산업을 중심으로 다양한 발전전략을 세우고 있는 우리나라에서 풍력발전산업의 활성화를 위한 장기전략 수립에 기여할 수 있는 정책적 함의를 제공할 수 있을 것이다.

This study analyzes transitions to a green path in transportation system in South Korea. We develop transportation system model with four new technology options, green cars; Hybrid electric vehicle, plug-in hybrid vehicle, electric vehicle and fuel cell vehicle. Among those technologies fuel cell vehicle is the best option assuming no GHG emissions when driving. We use MESSAGE model to get an optimal solution of pathway for high deployment of fuel cell vehicles under the Korea BAU transportation model. Among hydrogen production sources, off gas hydrogen is most economic since it is hardly used to other chemical sources or emits in South Korea. According to off gas hydrogen projection it can run 1.8 million fuel cell vehicles in 2040 which corresponds to 10% of all passenger cars expected in Korea in 2040. However, there are concerns associated with technology maturity, cost uncertainty which has contradictions. But clean pathway with off gas and renewable sources may provide a strong driving force for energy transition in transportation in South Korea.

본 연구는 2012년 시행할 예정인 신재생에너지 공급의무화제도(RPS) 하에서 신재생에너지 전력에 대한 추가비용 발생 시 국민들이 RPS 제도의 목표 및 형태에 대하여 어떤 선호를 가지고 있으며, RPS 제도에 대한 소비자들의 만족도를 높이기 위한 개선점이 있는지 알아보고자 수행되었다. 이에 소비자 선호를 조사하는 대표적인 연구방법론인 조건부가치평가법(CVM)을 활용하여, RPS 제도 하에서 발생 가능한 소비자 선호, 구성요소 합산효과 및 지역별 선호의 차이의 3개 주제에 대한 연구를 3차례 설문을 통해 수행하였다. 해당 연구의 주요 내용을 요약하면 다음과 같다. 첫째, 우리나라 국민들의 신재생에너지 전력에 대한 WTP는 가구당 1,456~1,560원/월 수준으로 이는 우리나라 가구당 월 평균 전기요금의 약 3.7~3.5% 수준에 해당한다. 이를 토대로 추산한 신재생에너지 전력 이용에 대한 국민들의 편익은 2011년 신재생에너지 보급 관련 예산의 42.4% 정도인 것으로 나타났다. 둘째, 국민들은 에너지원의 선택에 대한 비용 차이가 있을 시에는 개별 신재생에너지원을 대체재(substitutes)로 인식하였다. 그러나 에너지원의 선택에 대한 비용 차이가 없는 경우에는 특정 신재생에너지원에 대한 선호를 보이며, 특히 태양광에 대한 선호도가 가장 높게 도출되었다. 셋째, 소비자들의 선호도에 따른 재생에너지 포트폴리오를 적용한 결과, 우리나라 국민들은 연 2,618~2,806 GWh 규모의 신재생에너지 전력을 생산하는데 소요되는 추가비용을 지불할 의사가 있는 것으로 분석되었다. 이는 2010년도 우리나라 전체 전력 수요의 0.62~0.66% 정도로 RPS에서 목표로 하는 의무비율을 이행하기에는 부족한 것으로 보인다. 넷째, 신재생에너지 전력에 대한 선호는 지역별로 다르게 나타났다. 이는 지역 간 저항응답의 비율, 재생에너지 시설 인근 경험 및 재생에너지 시설 입지에 대한 찬반의사 등의 지역별 차이에서 기인하는 것으로 분석되었다.

Due to the global warming, the need to secure the alternative resources has become more important worldwide. Having very strong current on the west coast with up to 10 m tidal range, there are many suitable sites for the application of TCP(Tidal current power) in Korea. Not only from the current produced from the high tidal range, but also it can be widely applied to the offshore jetties and piers. The VAT(Vertical axis turbine) system could be very effective tidal device to extract the energies from the attacking flow to the structures. For the relatively slow current speed, the VAT system could be more effective application than HAT(Horizontal axis turbine) device. The performance of VAT can be evaluated by various parameters including number of blades, shape, sectional size, diameters and etc. The paper introduces the multi-layer vertical axis tidal current power system with savonius turbine. The turbine was designed with consideration of optimal blade numbers and the performance was simulated by CFD analysis.

Hyundai Heavy Industries has developed a tidal current energy converter utilizing the accumulated technology as the world largest constructor for ship and offshore structures. The model has two sets of turbines in both ends in order to utilize the bi-directional current flows in flood and ebb tide. The torque produced by turbine in tidal current is directly delivered to generator along the horizontal axis, in which the turbine, gear, generator, gear and turbine are connected successively. The manufactured model for field test has the turbine diameter of 5 meters to produce the maximum power of 500kW at maximum current speed of 5m/s. The technical verification of tidal power converter was performed by means of small scale model test in towing tank as well as field test at the Strait of Uldolmok located in Jindo of Jeollanamdo province. Field test was performed by mounting the tidal current converter on the SEP(Self Elevating Platform) which could lower the 4 vertical legs on the seabed and could elevate platform over the water surface using the hydraulic power for itself. The field test performed for a month shows that power output is similar or larger compared with the expected one in design stage. This paper presents the development of tidal current energy converter and real sea field test by Hyundai Heavy Industries. This project has finished successfully and provided the technical advance toward commercial services for tidal current power generation in the south-west region in Korea.

In this study, the influence of methodology of assessing water levels on the discharge coefficient of sluice for tidal power generation was investigated. A physical experiment was performed in a planar open channel by installing 1/70 scale model of the sluice caisson in the planar open channel. In front of and behind the sluice model, sloping bathymetry was made to reproduce corresponding field condition. By analyzing the experimental results, it was found that the location of measuring water levels significantly affects the estimates of the discharge coefficient, due to the variability of the parameter according to the head difference between the measuring locations. Therefore, it is necessary to be careful in estimating and utilizing the discharge coefficient in the relevant study of a tidal power generation.

바다를 가로막는 방벽이나 방조제의 배수갑문 또는 조력발전소의 수문과 같이 인공 해양구조물을 통하여 흐르는 고속 해류를 이용하여 발전하는 해류발전 방식에 있어서, 고속 해류에 적합한 수차터빈과 발전기의 특성을 알아보았다. 조석간만의 차가 큰 지역에 설치되는 인공 해양구조물을 지나는 해류는 인공 해양구조물 전후에 발생하는 해수의 위치에너지 차이가 운동에너지로 바뀌면서 조석간만의 자연현상에 의해 발생되는 조류의 속도보다 훨씬 더 빠르게 흐른다. 이론적으로 우리나라의 서해안의 조석간만의 범위 3~8m로부터 7.5~12m/s 정도의 고속 해류가 가능하다. 이러한 경우에 적합한 해류발전기는 수차터빈 날개지름의 크기가 5m에서부터 12m 이하이면서, 증속기어박스와 발전기, 유압시스템 및 냉각시스템 그리고 전력변환장치를 포함하는 발전시설들을 해수면 위에 설치하는 것이 바람직하다.

In this paper, it is intended to study about deferences of design and operation properties between large and small hydro-power house's turbine which type is reaction. In generally, turbine of large hydro-power has a more safe and effective energy output mechanisms than small hydro-power's because the turbine of small hydro-power is more sensitive to hydraulic losses. But, it is more effective for the all energy market to improve the capability and efficiency of small hydro-power in the present status of increasing construction of small hydro-power than large hydro-power. Therefore, we intend to investigate and introduce the way to enhance the efficiencies of reaction turbine adopted to small hydro-power.

Flow with suction to water turbine must be in stable state at small hydraulic power plant. But because of water level fluctuation and water gate effect according to irregular supply of cooling water, it would happen to produce bubble and vortex and finally lead to problems in power-plant system. With utilizing the concept design of double size gate, surface water overflowed the overhead of gate for stable flow at suction. We developed the overflow condition and analyzed the design factor with existed one such as water level(overflow amount) and overhead of water gate(overflow figure). Flow test and CFD simulation say that flow have stable state around suction and 20% of wave reduction effect at surface layer after surface water overflow.

폐기물의 처리방법은 중간처리와 최종처리로 구분되며, 중간처리의 방법으로는 고형화, 생물학적 처리(소화), 화학적 처리(중화/침전/추출), 자원화 및 재활용, 소각/열분해용융/가스화 등이 있다. 최종처리 방법으로는 매립, 해양투기 등이 있으며, 과거에는 폐기물의 처리 방법으로 최종처리가 많이 이용되었으나 현재에는 지속가능한발전의 이념아래 폐기물의 자원화, 청정에너지의 생산 등을 이유로 전처리 기술이 많이 보급되고 있는 추세이다. 남원시에서 발생되는 생활폐기물은 2010년 통계에 따르면 하루 평균 약 43돈에 이르고 있으며, 매립지의 사용연수를 연장하기 위한 중간처리 방법이 검토되고 있다. 생활폐기물의 가장 일반적인 중간처리 방법으로는 소각, 열분해용융, 가스화 등이 적용될 수 있으며, 이와 같은 열적처리는 폐기물의 감용 및 감량 효율이 높은 중간처리 방법에 속한다. 이러한 열적처리를 위해서는 폐기물의 물리적 특성에 대한 조사 및 검토가 가장 먼저 선행되어야 하며, 본 연구에서는 남원시에서 발생되는 생활폐기물의 성상분류, 삼성분분석, 원소분석, 발열량분석 결과를 통해 가스화에 적합한 전처리 조건을 예측하였다.

지속가능한 발전과 저탄소 녹색성장의 개념이 대두되면서 우리나라를 비롯한 주요 선진국은 자국의 화석연료 의존도를 낮추고 대체에너지로 환경친화적이며, 청정에너지로 각광받는 신 재생에너지의 활용에 경제적, 정책적 지원을 아끼지 않고 있는 실정이다. 실제로 유럽에서는 바이오매스의 일종인 우드칩을 활용한 가정용 보일러가 보급되고 있으며, 동남아시아에서는 열대식물을 이용한 저온열분해를 활용하여 바이오디젤을 생산하고 있다. 우리나라의 경우 대부분의 바이오매스는 발생되는 임야에서 재이용되거나 경제성이 있을 경우에 운송되어 재활용되고 있으며, 임부목과 같은 일부 바이오매스는 수익성이 없어 발생현지에 방치되는 경우도 있다. 본 연구에서 주목한 왕겨의 경우 미곡종합처리장에서 대량으로 발생되지만 그 활용도에 있어서 축적된 바이오에너지에 비해 에너지회수율이 저조하다고 할 수 있다. 왕겨는 임야에서 발생되는 폐목재나 다른 바이오매스에 비해 함유되어 있는 수분이 적고(12%), 휘발분의 함량이 많으며(58%), 고정탄소(17%), 회분(13%)로 열분해/가스화에 적용가능하다. 본 실험에서 생산된 합성가스의 활용방법으로는 보일러를 이용한 스팀 및 전력생산, 가스엔진을 이용한 전력생산, 폐열회수 등이 있으며 생산된 합성가스를 활용하기 위해서는 오염물질의 정제특성에 대한 연구가 선행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 합성가스 내에 존재하는 분진, 타르, HCl, HCN, $NH_3$의 제거효율을 조사하였다.

본 연구에서는 매립지에서 발생하는 주요한 가스인 $CO_2$(47~55%)와 $CH_4$(47~55%)가스를 분리하기 위하여 여러 $CO_2$ capture 방법 중 Zeolite를 사용한 흡착법을 이용하였다. 국내에서 시판되고 있는 powder형 Zeolite 13X에 Inorganic binder와 organic binder를 최적의 비율로 혼합한 후 증류수를 이용하여 Pellet type 흡착제를 제조하였다. 또한 최종적으로 $CO_2$의 흡착능을 높이기 위하여 양이온(1M의 KCl, NaCl, $CaCl_2$, $LiCl_2$)으로 이온교환을 하였다. 매립지 모사가스($CO_2$:40%, $CH_4$:60%)를 이용하여 실시간 분석기(Delta1600S)를 이용 두 가스의 분리와 $CO_2$ 흡착성능(mg-CO2/g-흡착제)을 확인하였다. 개발된 흡착제(AjouEpl 13X)는 ICP, XRD, XRF, BET 분석으로 제올라이트의 구조와 성분을 분석하였다.

다양한 저급연료나 폐기물로부터 가스엔진이나 연료전지의 연료로 사용하기위한 연료가스를 얻기 위한 방법으로 가스화 기술을 적용할 수 있다. 폐기물의 가스화를 통해 발생된 합성가스에는 CO, $H_2$, $CO_2$와 같은 주요성분 이외에 황화합물($H_2S$, COS), 염소화합물(HCl), 고형 물질(분진)등의 오염물질이 포함되어 있으므로, 이용목적에 따라 적절한 정제 기술이 필요하게 된다. 현재 가장 널리 알려진 저온 습식 정제공정은 장치운전이 쉽고 오염물질 제거효율이 높은 장점이 있으나, 합성가스 온도를 상온까지 낮추기 때문에 현열 손실이 발생하는 단점을 가지고 있다. 고온 건식 정제공정에 의해 $300^{\circ}C$ 이상의 고온에서 오염물질의 제거가 가능하다면 에너지 이용효율을 높일 수 있고, 습식공정에 의해 발생되는 폐수처리에 따른 비용 절감효과도 얻을 수 있다. 폐기물 합성가스를 최종 적용처에 이용하기위한 고온 정제 공정의 적용을 위해 흡착제를 이용하여 탈황, 탈염 실험을 실시하였고, 실험결과로부터 장치 설계의 기초인자를 도출하였다.

A rotating activated bacillus contactor (RABC) process with a series of aerobic reactors was tested in pilot scale to treat digested liquid from an anaerobic digester treating swine wastewater and sewage sludge. The influent (digested liquid) for the RABC process showed C/N ratios less than 2 as a typical feature of effluent from anaerobic digesters. The pilot process, which consists of three 3 RABC reactors, four aerobic tanks and a sedimentation tank, was operated for 210 days with a hydraulic retention time of 20 days without pH and temperature control. Since the Bacillus-enriched aerobic reactors shows high efficiencies of nitrogen removal at low DO levels less than 1.0 mg/L, they were operated at reduced aeration intensities. With relatively low concentrations of organics in comparison with nitrogen concentrations, the RABC process tested in this study showed stable and high nitrogen and organics removal efficiencies over 80%. The nitrogen removal process tested in this study was proven to be an effective and operation-cost saving (lower aeration) method to remove nitrogen without adding external carbon sources to meet the optimum C/N ratio.

바나듐 3, 4, 5가 이온은 공기 중에서 안정하지만, 바나듐 2가 이온은 쉽게 산화된다. 그러므로 바나듐 2가 이온이 담겨져 있는 음극 탱크가 공기와 접촉하지 않게 하는 것이 중요하다. 충전 중 음극 탱크에 공기가 침투되면, 바나듐 2가 이온은 3가 이온으로 산화되기 때문에 음극과 양극의 전해질에 불균형을 초래한다. 이러한 불균형은 바나듐 레독스 흐름전지 용량저하의 원인이 된다. 본 연구에서는 공기 중 2가 이온 산화에 의한 전해질의 불균형 현상을 쉽게 보여주기 위해, 공기노출과 차단조건에서 충방전 중에 발생한 음극과 양극의 바나듐 이온 상태변화량을 UV-Visible spectrophotometer를 이용해 정량적으로 분석하였다. 분석 결과, 공기노출 조건에서 음극의 충전 시, 충방전 cycle이 진행 될수록 바나듐 2가 이온의 양이 현격히 줄어들었지만, 공기차단 조건에서는 2가 이온의 양이 공기노출 조건보다 훨씬 더 적게 줄어들었다. 즉, 공기차단 조건에서는 바나듐 2가 이온이 3가로 산화되지 않아서 음극의 충전 후 바나듐 3가에서 2가로 전환되는 양이 공기노출 조건보다 더 많은 것을 확인할 수 있었다. 이러한 영향으로 인해, 충방전 10th cycle을 진행해 본 결과, 공기차단 조건에서는 충방전 용량감소가 거의 없었지만 공기노출 조건에서는 현격한 충방전 용량 감소를 보였다.

세계적으로 석유 기반 자원의 고갈에 따른 부족, 기후변화협약 및 환경규제 강화에 의해 세계적으로 바이오소재를 이용하고자 하는 연구와 더불어 유리강화복합재료의 대체물질로 적합한 천연섬유를 보강재로 사용하는 바이오복합재료의 연구 또한 활발하게 진행되고 있다. 최근 새로운 신재생에너지원으로 각광 받고 있는 바이오에너지 중 해조류는 가장 자연친화적이고 생산력이 뛰어난 바이오매스로 알려져 있다. 해조류는 바닷물 속에 녹아 있는 탄소를 흡수할 뿐만 아니라 광합성을 통해서도 탄소를 흡수하면서 성장하기 때문에 탄소흡수원의 역할을 하게 되며, 해조류 바이오에너지를 생산할 경우 화석연료를 대체하여 지구온난화의 주범인 온실가스를 감축하는 기능을 한다. 본 연구에서는 해조류를 이용한 바이오에너지 생산 공정에서 2차적으로 발생하는 부산물을 보강재로 사용한 바이오복합재료의 제조와 제조된 바이오복합재료의 열적 특성 및 동역학적 특성을 분석하였다. 해조류 부산물의 화학적 전처리에 따른 Thermogravimetric analysis(TGA) 분석 결과로 cellulose 함량이 가장 높고 불순물이 적은 황산 처리한 파래를 이용해 파래/Polypropylene(PP) 바이오복합재료를 다양한 보강비율 (20-50wt%)로 압축성형 하였다. 파래/PP 바이오복합재료의 저장탄성률은 파래 함량이 40wt%일 때 4.0 Gpa으로 최대값을 보였으며 이는 PP 매트릭스와 비교했을 때 약 8.1% 향상된 결과이다. 파래/PP 바이오보합재료의 열팽창 특성은 파래 함량이 증가함에 따라 열팽창계수가 낮아지는 경향으로 50wt%일 때 가장 낮은 값을 나타내었으며 이는 PP 매트릭스와 비교했을 때 약 56% 향상된 결과이다. 따라서 비생분해성 고분자에 새로운 신재생 바이오매스인 해조류를 보강재로 사용하여 열적 특성 및 동역학적 특성이 향상된 친환경적인 바이오복합재료의 제조 가능성을 확인하였다.

전 세계는 화석연료의 과사용으로 에너지 고갈과 환경오염의 문제에 직면하고 있으며, 자연과 공존하며 지속성장할 수 있는 신재생에너지의 이용확대에 대한 개발이 부각되고 있다. 이에 따라 지속적인 발전과 함께 에너지보존 및 효율적인 환경보존을 위한 대체 가능한 새로운 에너지의 개발에 관심이 모아지고 있다. 최근 부각되고 있는 바이오에너지(바이오에탄올, 바이오디젤, 바이오가스 등)를 생산하는 여러 가지 새로운 바이오매스 중 해조류는 이산화탄소 흡수 능력이 매우 뛰어나고, 에너지 저장성이 우수하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 새로운 바이오매스원인 해조류의 부산물의 표면 특성 및 바이오복합재료의 보강재로써의 이용가능성에 대해 분석하였다. 바이오복합재료에서 소수성인 고분자와의 상호보완적 계면 결합은 보강재의 중요한 특성 중 하나이다. 해조류 부산물의 표면을 화학적 처리함으로써 폴리머 매트릭스와 해조류 부산물 사이의 계면결합이 향상됨을 기대할 수 있으며 이에 따라 해조류 부산물을 보강재로 사용한 바이오복합재료의 기계적 강도 또한 향상됨을 기대할 수 있다. 본 연구에서는 원자힘현미경(Atomic force microscope; AFM)을 사용하여 해조류 부산물의 화학적 처리에 따른 표면특성을 관찰하였으며, 친환경적인 바이오매스인 해조류 부산물을 바이오복합재료의 보강재로써의 이용가능성에 대해 연구함으로써, 지구온난화의 주원인인 온실가스 발생을 줄이고, 자원고갈이라는 에너지 위기를 극복할 수 있는 친환경적인 대안을 제시 할 수 있다.

온실가스 감축에 대응하기 위해서 CCS기술이 지구온난화 문제를 해결하는 중요한 기술로 부각되고 있다. $CO_2$ 포집기술 중 습식법에는 대표적으로 아민, 암모니아, $K_2CO_3$와 같은 흡수제를 이용한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 $CO_2$ 포집기술 중 하나인 $K_2CO_3$ 수용액을 이용하여 Bench급 $CO_2$ 포집설비에 대한 성능을 파악하기 위한 일환으로 15% $CO_2$를 공급하여 $CO_2$ 포집 안정화 시험을 진행하였다. 압력변화 및 단수 변화를 하여 실험을 진행하였고, 흡수탑 후단의 $CO_2$ 농도를 측정하여 $CO_2$ 포집 성능을 파악하였다.

폐기물 합성가스에 포함되어 있는 오염물질 중 황화합물($H_2S$, COS)이 존재할 경우, 다른 연계 공정을 구성하는 설비의 부식, 합성가스 이용 공정의 촉매 피독 문제, 대기 배출시 환경오염 문제 등을 야기 시키므로 제거가 필요하다. 고온 정제 공정을 적용하여 황화합물을 제거하기위해 산화아연을 이용한 고온 탈황 실험을 수행하였다. 고정층 반응기에 탈황제로 선정한 산화아연을 충진하고, 공간속도 $3,000h^{-1}$, 입구 황화합물의 농도 $H_2S$ 1,000ppm, COS 300ppm일 때 반응 온도 변화에 따른 탈황특성을 살펴보았다. 가스 내부에 $H_2S$가 단독으로 존재할 경우에는 $400^{\circ}C$ 이상에서 모두 제거되었으나, $H_2S$와 COS가 동시에 존재할 경우에는 $450^{\circ}C$ 이상에서 모두 제거되는 것을 알 수 있었다. 반응온도 $500^{\circ}C$에서 산화아연 탈황제를 이용한 실험결과 $H_2S$, COS의 파과시간은 각각 1,217, 1,063 min, 흡착능력은 269.9 mg-$H_2S$/g-sorbent, 124.7 mg-COS/g-sorbent으로 파악되었다.