• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권12호
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• pp.41-46
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• 2018

본 연구에서는 바이오가스 기반 예혼합 압축착화(Homogeneous charged compression ignition, HCCI) 엔진에 수소를 첨가하였을 때, 연소실 내부 압력, 온도 배출가스에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 자세히는 수소 첨가량과 과다공기량(${\lambda}$) 변화에 따른 연소실 압력 온도, 그리고 생성물로서의 NO, $CO_2$ 배출 특성을 화학 반응 해석 프로그램을 사용하여 고찰하였다. 대상의 엔진은 2300cc 바이오가스 엔진 발전기로서 압축비 13:1, 발전량 15kW 급이다. 과급압은 1.2bar 고정 조건이며, rpm은 1800rpm의 정속 조건이다. 엔진 연소 방식은 예혼합 압축 착화를 모사하였다. 본 연구를 진행하기에 앞서 바이오가스의 주요 조성인 메탄의 연소 및 산화 메커니즘에 대한 선행 연구에 대한 고찰을 통하여 연소반응 메커니즘을 규명하기 위한 반응 메커니즘 연구 기술의 경향을 살펴보고, 본 연구에 적용 가능한 반응 메커니즘을 선정하여 해석을 진행하였다. 수소를 첨가할 때 NO는 증가하는 반면, $CO_2$등의 배출량은 감소하였고 실린더 내부 압력이 상승하며, 상승 구간이 진각 됨을 알 수 있었다. 또한, 희박영역에서 수소 첨가가 가연 한계를 증가시켰다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.246.1-246.1
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• 2010

본 연구는 바이오가스의 에너지효율성을 높이기 위한 연구로서 바이오가스 정제공정과 초저온액화공정을 통하여 액화바이오메탄을 생산하는 바이오가스 고질화기술개발 연구이다. 바이오가스 정제공정은 탈황, 제습, 흡착, 압축, $CO_2/CH_4$ 분리공정으로 구성하고, 초저온액화공정은 열교환기, $CO_2$ 제거설비, 질소냉매 공급공정으로 구성하여 혐기성소화조에서 발생하는 바이오가스($CH_4$ 농도: 60~65%, $H_2S$: 1,500~2,500ppm)를 $200Nm^3/hr$의 유량으로 인입시켜 액화바이오메탄을 생산하였다. 연구결과, 탈황공정에서는 가성소다 세정법을 이용하여 1,500~2,500ppm으로 인입되는 $H_2S$를 100ppm 이하로 제거한 후, 흡착법을 이용하여 $H_2S$를 완전히 제거하였다. 바이오가스에 포화된 수분은 냉각제습과 흡착제습공정을 통해 Dew point $-70{\sim}-90^{\circ}C$까지 제거하여 안정적으로 $CO_2/CH_4$ 분리공정에 인입시켰다. $CO_2/CH_4$ 분리공정은 흡착방식을 적용하여 $CH_4$ 순도가 95% 이상인 바이오메탄을 생산하였으며, 이때 메탄 회수율은 약 87%이였다. $CO_2$가 분리된 바이오메탄은 초저온액화공정을 이용하여 액화바이오메탄으로 전환시켰다. 이때 초저온액화공정은 Reverse Brayton cycle로 구성하였으며, 냉매로는 질소를 사용하였다. 액화바이오메탄의 생산은 바이오메탄을 등엔트로피과정인 단열팽창을 통하여 $-155{\sim}-159^{\circ}C$의 초저온으로 냉각되는 질소냉매와 열교환기에서 열교환시켜 이루어졌으며 그 생산량은 $3.46m^3$/day(1bar, $-161^{\circ}C$)이었다.

• 유기물자원화
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• 제27권2호
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• pp.67-73
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• 2019

본 연구에서는 유기성폐자원의 바이오가스 생산 및 이용을 최적화를 위해 현장시설의 정밀모니터링과 시설별 에너지수지를 분석하고, 현장문제 해결방안에 대해서 조사하여 전처리시설 및 발전기 등의 설계 및 운전 가이드라인을 제시하였다. 고품질화 정제설비 운영에 잦은 고장 및 효율 저하를 해결하기 위해서는 가스전처리가 필요하며, 탈황, 제습, 탈실록산, 분진 처리, 휘발성유기화합물 등의 처리공정이 있다. 이 공정들은 고품질화 공정에서도 제거되는 물질들이기에 가스 전처리에서는 정량적 가이드라인은 제시하지 않고, 정성적 가이드라인으로 처리공간에 운영하도록 제시하였다. 특히, 분진, 실록산 및 휘발성유기화합물 등은 가스 전처리에서 제거되지 않으면 고품질화 공정의 잦은 고장의 주원인이된다. 바이오가스 고품질화 공정에 대한 설계 운전 가이드라인은 전체 가스 발생량의 90 % 이상 이용, 2계열화, 여유율 10 % 이상 감안 등이 있으며, 품질기준[메탄함량(프로판 포함) 95 % 이상]을 제시함. 또한 균등한 바이오가스 유입을 위해 가스균등조 설치, 보조연료 균등투입 제어를 위한 열량자동조절장치 설치, 가스압축과정에서 다량 발생하는 수분 제거를 위한 고품질화 후단의 제습장치 설치, 겨울철 설비의 결빙 및 효율 저하 방지를 위한 보온설비 설치, 특히 멤브레인 설비는 실내 설치 등을 제시하였다.

• LP가스
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• 통권105호
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• pp.43-50
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• 2006

연료로서의 DME 디메틸에테르(화학식 CH -O-CH ,DME)는 당초 가정용 캔 스프레이 등 분사 약제인 프레온의 대체 물질로 사용되기 시작했다. 그 후 양호한 압축 착화성이나 무연 연소하는 성질을 가지는 등 디젤 엔진의 연로로서 LP 가스와 동등한 증기압을 가져 LP가스의 대체연료로서 현재 전 세계에서 활발히 연구개발이 이뤄지고 있다. DME의 재료는 천연가스, 석탄, 바이오매스 등 다양한 자원에서 제조가 가능한데 이들로부터 합성가스(CO,H )를 추출.합성해 제조한다. 이것은 경제규모에 미달하는 부존자원의 유효한 이용이나 자원의 다양화에도 연결되기 때문에 차세대 연료로서 주목받고 있다. 천연가스로부터 저가로 대량 생산이 가능한 직적법이나 메탄올을 탈수해 제조하는 간접법 등 제조 기술도 확립되어 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.173.1-173.1
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• 2011

The high fuel flexibility of gas turbine power system has boosted their use in a wide variety of applications. Recently, the demand for biogas generated from the digestion of organic wastes and sewage waste water as a fuel for gas turbines has increased. We investigated the performance of high pressure biogas compression system and operating conditions for supplying biogas. The total flow per minute of biogas from food waste water digestion tank is $54Nm^3$. The main type of biogas compression system is the reciprocating system and screw type system. The target of biogas mechanical data is the as belows; inlet pressure 0.045bar, supplying biogas temperature is $30{\sim}60^{\circ}C$, and final pressure is above the 25 bar. Also, inlet conditions of biogas consist of CH4 48.5%~83%, $H_2S$ Max. 500ppm, $NH_3$ Max. 1,500ppm and Siloxane 2.7~4.6ppm. The boosting Blower system raises a pressure from 0.045bar to 1bar before main compressor. The main system lay out of reciprocating consisits of compressor driver, filter, cooling system, blowdown vessel, control system and ESD(Emergency Shut Down) system. And an enclosure package needs to be installed for reducing noise up to 75dB. The system driver is the electronic motor of explosion proof type. Forthe compressor system reliable operation, the cleaning system something like particulate filter needs to be set up in the inlet of compressor and Coalescing Filter in the outlet of compressor. Particulate Filter has to be removed above $10{\mu}m$ size of the particles in biogas. The coalescing filter(Micofine Borosilicate Glass Fibers Filter treated phenol acid) also removes moisture and oil of above $0.3{\mu}m$ to be involved in high pressure biogas up to 90%~98%.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.42-49
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• 2010

Increasing environmental concerns regarding the use of fossil fuels and global wanning have prompted researcher to investigate alternative fuels. The purpose of this study is to investigate the syngas production by biogas reforming using a compression spark ignition engine. The parametric screening studies were carried out according to the variations of oxygen enrichment rate, biogas $CO_2$ ratio, intake gas temperature, and engine revolution. When the oxygen enrichment rate and input gas temperature increased, hydrogen and carbon monoxide were increased. But the biogas $CO_2$ ratio and engine revolution increased, the syngas were reduced. For the reforming of methane 100% only, generation of hydrogen and carbon monoxide was 58% and 17%, respectively. However when the biogas $CO_2$ ratio was 40%, hydrogen and carbon monoxide concentration were about 20% each.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제35권8호
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• pp.1022-1027
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• 2011

디젤 엔진은 실린더 안에 공기를 흡입·압축한 후에 액체연료를 분사하여 연소하기 때문에 압축비가 높다. 높은 압축비로 인해 높은 열효율을 가지고 있지만 국부적인 고온 반응 구간에서 NOx 생성과 PM의 배출 증가와 같은 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 연구기관, 대학 등에서 많은 연구가 이루어지고 있으며 그 중에서 수소를 흡기 중에 첨가하여 공급하는 기술이 연구되고 있다. 본 연구에서는 HHO가스를 흡기중에 첨가하여 바이오디젤 혼합 연료를 사용한 산업용 디젤기관에 미치는 영향을 분석 하였다. 실험조건은 0%, 50%, 100% 부하에서 엔진속도를 700rpm, 1000rpm, 1300rpm, 1600rpm, 1900rpm으로 구분하였다. 실험결과 최대 토크와 최대압력은 증가하는 경향을 보였으며, 연료소 모율은 감소하는 것으로 나타났다. 스모크농도 및 일산화탄소의 농도는 크게 저감되었고 질소산화물의 배출은 유사한 특성을 나타내었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권12호
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• pp.945-952
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• 2015

본 연구에서는 바이오매스 합성가스를 모사하여 합성가스의 주요성분에 따른 자착화 특성을 실험 및 수치적으로 고찰하였으며, 온도, 혼합물의 조성, 압력의 변화가 자착화 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 충격파관(Shock Tube)을 이용하여 모사 합성가스의 점화지연 시간을 측정하였고, 수치해석은 실험결과 검증과 연소과정 중 중간화학종 분석을 위해 상용프로그램인 CHEMKIN-PRO를 사용하였다. 모든 온도 조건에서 혼합물 내의 수소의 몰 비율이 증가함에 따라 점화지연 시간이 감소하는 현상을 확인할 수 있었다. 1150K 이상의 온도 조건에서 압력이 증가함에 따라 점화지연 시간이 감소하는 현상을 확인 할 수 있었다. 하지만 1150K 이하의 온도 조건에서는 압력이 증가함에 따라 점화지연 시간이 증가하는 현상을 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.176.1-176.1
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• 2011

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.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제38권9호
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• pp.1081-1086
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• 2014

본 연구는 4실린더 커먼레일 디젤기관에서 식물성 바이오 연료인 카롤라유(Canola oil)와 디젤연료를 혼합하여 사용하였을 때 바이오디젤 혼합율과 엔진 회전수 변화에 따른 연소 및 배기 배출물 특성을 조사하기 위하여 실험을 수행하였다. 실험 결과에 의하면 엔진 회전수 1,000, 1,500, 2,000(rpm)에서 연소 압력은 바이오디젤 혼합율이 증가할수록 감소하고, 2500rpm에서는 바이오디젤 혼합율이 증가할수록 증가 하였으며, 열 발생율은 바이오디젤 혼합율이 증가 할수록 모두 증가하였다. 연료 소비율은 바이오디젤 혼합율이 증가할수록 엔진 회전수가 상승할수록 증가하였다. CO 배출물은 엔진 회전수가 상승할수록, 바이오디젤 혼합율이 증가할수록 감소하였다. $CO_2$, NOx, 배출물은 엔진 회전수가 상승할수록 바이오디젤 혼합율이 증가할수록 증가하였다.