• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권2호
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• pp.175-188
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• 2023

화석연료를 대체할 수 있는 친환경 미래 에너지로 수소에너지에 대한 전세계적 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 미생물, 원자력 등을 이용한 차세대 수소 생산 기술이 개발되고 있으나, 화석연료 기반의 수소 생산 비용을 뛰어 넘기에는 아직 많은 시간과 노력이 필요한 상황이다. 화석연료 기반의 수소 생산 과정에서 온실가스의 배출량을 최소화 할 수 있는 방안으로 메탄 직접분해 반응 기술이 최근 관심을 모으고 있다. 공정의 경제성 향상을 위해서 수소 생산과 동시에 생산된 탄소물질의 고부가화 대한 연구가 필수적이며, 고부가 탄소 물질 중 하나인 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)의 품질 및 수율 등과 관련한 촉매반응 연구가 지속되어 왔다. 또한 공정기술 측면에서, 연속적인 생산이 가능하며 기체-고체 접촉 효율이 좋은 유동층 공정을 적용시켜 생산성과 경제성을 확보하고자 하는 연구가 시도되었다. 최근 유동층을 이용한 메탄 직접분해 반응기술은 수소 270 kg/day, 탄소 1000 kg/day의 생산이 가능한 정도의 기술 개발이 진행되었으며, 향후 촉매 재활성화, 분리 및 재순환 기술 등이 개발되면 공정의 효율이 크게 제고될 것이다. 이에 본 총설에서는 메탄 직접 분해에 활용되는 촉매 및 유동층 메탄 열분해 기술의 최근 연구들을 고찰하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.362-370
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• 2006

The purpose of this paper was to investigate the reforming characteristics and optimum operating condition of the plasmatron assisted $CH_4$ reforming reaction for the hydrogen-rich gas production. Also, in order to increase the hydrogen production and the methane conversion rate, parametric screening studies were conducted, in which there were the variations of the $CH_4$ flow ratio, $CO_2$ flow ratio, vapor flow ratio, mixing flow ratio and catalyst addition in reactor. High temperature plasma flame was generated by air and arc discharge. The air flow rate and input electric power were fixed 5.1 l/min and 6.4 kW, respectively. When the $CH_4$ flow ratio was 38.5%, the production of hydrogen was maximized and optimal methane conversion rate was 99.2%. Under these optimal conditions, the following synthesis gas concentrations were determined: $H_2$, 45.4%; CO, 6.9%; $CO_2$, 1.5%; and $C_2H_2$, 1.1%. The $H_2/CO$ ratio was 6.6, hydrogen yield was 78.8% and energy conversion rate was 63.6%.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제20권4호
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• pp.477-482
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• 1992

유지와 탄화수소를 탄소원으로 하여 Acinetobacter calcoaceticus를 배양하여 탄소원의 분해와 균체의 생육정도를 측정하고 활성오니법을 이용한 폐수정화에 이 균주의 이용가능성을 검토하였다. 실험에 사용된 모든 유지와 탄화수소가 분해되었다. 삼각플라스크에 의한 진탕배양의 경우 분해율은 어유가 26로 식물성 유지의 40-54에 비하여 분해율이 낮게 나타났다. 포화지방산은 어유 중에서 약 55, 식물성유지 중에서는 6-12 각각 함유되어 있었다. Hexadecane의 분해율은 약 60로 식물성유지에 비하여 높게 나타났다. 탄소원의 분해에 따라 균체량의 증가가 관찰되었고, jar fermentor 배양에 의하면 모든 탄소원이 80 이상 분해되었고 균체수율도 1.00% 내외로 개선되었다.배양조건에 따라 탄소원의 분해율에 영향을 받는다고 볼 수 있으며, 이는 초기 기질농도가 기질 분해율에 영향을 준 결과에서도 증명되었다. 유지 또는 탄화수소를 3% 함유한 인공폐수를 A. calcoaceticus로 우선 분해시키고, 그 분해산물을 활성오니법에 의하여 정화를 시도한 결과 탄소원의 농도는 0.06%이하로, 부유물질농도는 53mg/ml 이하로 각각 저하되어 이 균주를 폐수정화에 이용할 수 있음을 시사하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.793-794
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• 2010

피셔트롭스반응은 합성가스 ($H_2+CO$) 로부터 액체연료를 생산하기 위한 목적으로 연구되고 있으며 최근 한정된 석유자원으로 인하여 그 중요성이 증대하고 있다. 이 반응을 통해 생산된 왁스는 수첨분해 반응을 통해 원하는 액체연료 (디젤, 항공유, 윤활유 등) 영역의 수율을 높일 수 있다. 수첨분해반응을 위해선 수소화/탈수소화 기능을 가지는 금속을 포함하고 크래킹 반응을 일으키는 산점을 가지는 양기능성 촉매가 선호된다. 본 연구에서는 수소첨가분해 반응에 이용하는 일반적인 촉매를 알아보고 왁스종류, 반응온도, 반응압력 등 공정변수에 따라 사용가능한 촉매를 조사, 비교하였다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제11권8호
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• pp.468-474
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• 2011

연료전지에 사용되는 백금촉매 제조 공정상의 변수로서 환원제를 사용 하였다. 환원조절 횟수, 환원온도, 환원제의 양 그리고 공정시간의 네 가지의 제어인자에 변화를 주어 입자의 크기와 ICP 수율 등의 촉매 구조에 관한 최적화의 평가를 위해 six sigma 의 design of experiment 기법을 사용하여 각각의 변수간의 최적점을 확인해 보았다. 부분요인배치를 통해 입자크기 2.2nm 이하와 ICP수율 75% 이상의 촉매제조를 위하여 도출된 결과로서 주된 제어인자는 환원 시간과 환원 온도로서 밝혀졌고 각 변수의 최적 조건으로서는 환원조절횟수 1회, 환원온도 $67-88^{\circ}C$, 환원제의 양 0.5ml 그리고 10분의 공정시간에서 최적화가 이루어졌다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.227-227
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• 2010

기존 실리콘 박막 태양 전지는 적외선에 대한 감응도와 흡수도가 낮아서 광흡수율을 증가시킬 경우 효율의 효과적인 개선이 기대되어진다. 이를 개선하기 위해서 밴드갭이 Si에 비해 상대적으로 낮은 Ge을 도입함으로써 Si와 Ge 화합물을 형성할 경우 결정상태와 수소 함유량에 따라 밴드갭 조절이 가능하다. 또한 Ge는 Si에 비해 빛에 대한 감응도가 우수하여 광흡수율을 증가시킬수 있다. 단 SiGe 박막의 Ge 량이 일정량이상 많아질 경우 박막 내 결함 등의 생성으로 광변환 효율이 오히려 감소하므로 Ge 량의 적정화가 필요하다. 본 실험에 사용된 SiGe:H Layer는 $SiH_4$ 가스와 $GeH_4$ 가스를 혼합하여 증착하였고 증착두께는 150nm로 고정하였으며 증착장비는 PECVD를 이용하였다. 파워는 플라즈마의 방전특성을 알아본 후 최소파워를 이용하여 증착하였다. 이는 증착 시 플라즈마에 의한 박막 손상을 최소화하기 위함이다. Ellipsometry를 이용하여 박막의 두께와 optical bandgap을 측정하였다. 박막의 특성을 평가하기 위해서 STA 장비를 이용하여 dark conductivity, photo conductivity, activation energy 등을 측정하였고, MDC를 이용해 C-V 곡선을 측정하였고, 이를 terman method를 이용하여 $D_{it}$를 계산하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.165-165
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• 2011

기존 실리콘 박막 태양 전지는 적외선에 대한 감응도와 흡수도가 낮아서 광흡수율을 증가시킬 경우 효율의 효과적인 개선이 기대되어진다. 이를 개선하기 위해서 밴드갭이 Si에 비해 상대적으로 낮은 Ge을 도입함으로써 Si와 Ge 화합물을 형성할 경우 결정상태와 수소 함유량에 따라 밴드갭 조절이 가능하다. 또한 Ge는 Si에 비해 빛에 대한 감응도가 우수하여 광흡수율을 증가시킬수 있다. 단 SiGe 박막의 Ge 량이 일정량이상 많아질 경우 박막 내 결함 등의 생성으로 광변환 효율이 오히려 감소하므로 Ge 량의 적정화가 필요하다. 본 실험에 사용된 SiGe:H Layer는 SiH4 가스와 GeH4 가스를 혼합하여 증착하였고 증착장비는 PECVD를 이용하였다. GeH4/SiH4+GeH4 가스는 각각 0, 0.03, 0.1, 0.5, 1의 비율로 증착하였으며, 파워는 플라즈마의 방전특성을 알아본 후 최소파워를 이용하여 증착하였다. 이는 증착 시 플라즈마에 의한 박막 손상을 최소화하기 위함이다. Ellipsometry를 이용하여 박막의 두께와 optical bandgap을 측정하였고, FTIR, Raman scattering 등을 측정하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권6호
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• pp.434-441
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• 2009

황산염의 농도변화에 따른 연속 혐기성 수소 발효에 미치는 영향을 고찰하기 위해서 혼합균주를 사용한 완전 혼합형 반응조를 운전하였다. 기질은 글루코오스를 사용하였고, 수리학적 체류시간은 1, 0.5, 0.25 일로 각각 고정하였다. 황산염 농도는 0${\sim}$20,000 mg/L로 단계별 증가시켰고 pH 5.5로 운전하였다. 실험 결과 높은 황산염 농도에 관계없이 수소가 발생하였고, HRT 0.25일로 짧아짐에 따라 수소 발생이 높게 나타났다. HRT 1, 0.5, 0.25일 각 조건별 수소 생성량과 수소 수율은 2.9, 4.6, 9.4 L/day, 2.0, 1.8, 1.6 mol $H_2$/mol glucose로 나타났으며, 잔존 황산염 96${\sim}$98, 95${\sim}$97 94${\sim}$97%로 나타나 황산염 환원이 발생하지 않았다. FISH 결과 모든 조건에서 수소생성균의 분포는 나타났지만 황산염환원균의 분포는 나타나지 않았다.

• 에너지공학
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• 제8권1호
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• pp.189-201
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• 1999

범용 열가소성 플라스틱(polyethylene(PE), polypropylene(PP), polystyrene(PS), polyethylene-terephthalate(PET), acrylonitrile-butandiene-styrene(ABS))과 폐윤활유의 동시처리 열분해반응 실험을 수행하였다. 반응실험은 40$m\ell$ 용량의 회분식 미분반응기(microreactor)를 이용한 실험과 1리터 용량의 autoclave를 이용한 실험의 두 가지로 구분하여 행하였다. 전자의 경우는 통계적 실험적계획법(statistical experimental design)의 하나인 회전계획실험(rotatable design experiments)으로서 오각형 실험계획(pentagonal experimental design)에 의거한 반응변수 실험을 수행한 후 반응표면(response surface)을 회기분석법에 의하여 분석함으로써 최대의 오일 수율을 얻을 수 있는 최적 반응조건을 추적, 결정하였다. Autoclave 반응실험의 기본적인 목적은 실제 연속공정에 있어서 열분해 반응기 거동을 모사하기 위한 전초단계로서 충분한 시료의 확보를 통하여 이 때 생성된 연로유의 체계적인 분석(비등점분포특성, 진공증류, 기체분석, 원소분석, 발열량, 비중 등)을 행함으로써 연료유 수율 및 품질을 모사하고자 하였다. 미분반응기 실험에 있어서 주 범용열가소성수지인 PE, PP 그리고 PS는 각각의 최적반응조건하에서 거의 100%에 가깝게 오일로 전환되었지만 응축수지인 PET와 그래프트공중합수지인 ABS의 오일수율은 각기 78% 및 90%로서 상대적으로 낮게 나타났다. Autoclave를 이용한 실험의 경우 혼합플라스틱을 폐유에 대하여 40wt% 혼합하여 열분해하였을 때, 80wt% 오일, 15wt% 코우크, 그리고 나머지 5wt%는 탄화수소기체(C1-C6)로 전환되었다. 진공증류(252$^{\circ}C$,2 torr) 결과, 기/액-분리도는 3으로서 이는 생성오일의 75wt%가 경질연료유(가솔린, 등유, 경유)로 회수 가능하였다.

• 한국자원리싸이클링학회:학술대회논문집
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• 한국자원리싸이클링학회 2005년도 추계정기총회 및 제26회 학술발표대회 고분자리싸이클링기술 특별심포지엄
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• pp.75-82
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• 2005

바이오매스 열분해는 에너지와 가치있는 화학물질의 원료를 얻을 수 있는 유망한 방법 중의 하나이다. 열분해 반응기의 최적운전조건을 결정하기 위하여 기포유동층 반응기에서 상수리나무와 낙엽송의 열분해를 수행하였다. 온도, Uo/Umf, L/D가 생성물의 수율과 조성에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 상수리나무와 낙엽송 톱밥으로 유동층 급속열분해를 수행하였다. 반응온도, Uo/Umf, L/D, 원료주입량의 효과를 결정하였고, 최적조건은 다음과 같다 : $T\;=\;400^{\circ}C,\;U_o/U_{mf}\;=\;3.0,\;L/D\;=\;2.0$. 바이오오일의 최대 수율은 약 55%이었고, 주요 조성은 carbohydrate류, guaiacol류, furan류, phenol류, syringol류 화합물이었다. 생성가스는 CO, $CO_2$, 저분자 탄화수소이었고, 조성을 이용하여 측정한 가스수율은 계산치와 일치하였다.