• Applied Chemistry for Engineering
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• v.30 no.6
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• pp.659-666
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• 2019

Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) generate electricity by electrochemical reactions of hydrogen and oxygen. PEMFCs are expected to alternate electric power generator using fossil fuels with various advantages of high power density, low operating temperature, and environmental-friendly products. PEMFCs have widely been used in a number of applications such as fuel cell vehicles (FCVs) and stationary fuel cell systems. However, there are remaining technical issues, particularly the long-term durability of each part of fuel cells. Degradation of a carbon supported-platinum catalyst in the anode and cathode follows various mechanistic origins in different fuel cell operating conditions, and thus accelerated stress test (AST) is suggested to evaluate the durability of electrocatalyst. In this article, comparable protocols of the AST durability test are intensively explained.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.396-396
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• 2023

기후 위기에 대한 대응으로 현재 많은 국가에서 2050년 탄소중립을 목표로 하고 있으며, 우리나라도 2050년까지 탄소중립을 선언하고 다양한 부문의 배출 절감 계획을 내세웠다. 현재 건물 부문에서는 2050년의 목표배출량을 6.2 백만톤 CO2eq으로 설정하고 관련 정책적 수단을 검토 중이지만 달성 방안 등에 대해서는 구체적으로 제시하지 못하고 있다. 본 연구에서는 국내 건물 부문의 이산화탄소의 배출량 산정 모델을 개발하여, 2050년까지 이산화탄소 배출 저감 시나리오를 시뮬레이션하였다. 이를 토대로 국내의 건물 부문 탄소중립 가능성을 검토한 통합 시나리오를 제시하고, 향후 정책 및 기술 개발의 방향성을 제시한다. 탄소배출량 산정모델은 연면적 예측 및 사용 에너지의 원단위 환산, 탄소배출계수 등을 고려해 개발하였고, 이를 활용하여 4가지 탄소배출 시나리오를 분석하였다. 먼저 현재 정책 기반 탄소 배출 시나리오는 탄소중립에 이르지 못하여 더 강화된 시나리오의 필요성을 보여준다. 신규 건물을 대상으로 한 제로 에너지화 제도 기반 시나리오는 전체 탄소배출량에 큰 기여를 하지 못하며, 기존 건물 대상의 그린 리모델링 제도 기반 시나리오에서는 10년 이상 건물에 50% 이상의 높은 에너지 효율 개선을 시행해야 한다는 결과를 도출하였다. 또한 전기화 시나리오에서는 화석연료와 전력의 탄소배출계수를 비교하여 적절한 에너지 전환 시점을 계산하였다. 그 결과, 건물 부문에서 2050년까지 탄소배출량 감축 목표 달성을 위해 신축 건물의 에너지 자립율 100%, 에너지 전환 계획과 연동한 건물의 전기화, 그리고 그린리모델링을 통한 효율 개선 기준을 47% 이상 달성하는 조건을 만족해야 한다는 결과를 얻었다. 이 연구는 도전적인 온실가스 감축 마련의 필요성을 제시하였으며, 탄소중립 가능성을 제시하여 실질적인 감축정책에 기여할 것으로 기대한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.288-290
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• 2005

고분자전해질 연료전지는 자동차, 분산전원 및 이동전원 등에 대한 차세대 에너지원으로 채택 가능성이 높아지고 있다. 고분자전해질 연료전지 시스템의 상용화를 위한 가장 큰 걸림돌 중 한 가지로 가격문제를 들 수 있는데, 연료전지 스택이 전체 가격의 약 $50\%$를 차지하고 있다. 또한 스택을 구성하는 요소 중 분리판의 가격 비중은 약 $30\%$를 차지하고 있어, 분리판의 생산단가 저감은 연료전지의 상용화를 위해 반드시 해결해야 될 문제이다. 본 연구에서는 탄소를 재료로 하는 분리판에 대한 연구를 수행하였으며, 압축성형방식으로 제작된 다양한 복합재료 분리판 및 흑연 분리판에 대한 기계적 강도, 물리적 특성, 화학적 안정성을 조사하였으며, 가흑 운전 시 분리판내에 함유되어있는 고분자 성분의 침출에 의한 연료전지의 성능변화가 발생하는지 확인하였으며 이에 대한 단위전지의 성능평가를 수행하였다. 이러한 결과를 토대로 최적의 압축성형 복합체 분리판 제작 방향을 제시하고, 보다 신뢰성 있는 분리판 성능평가 기준을 확립하고자 하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.37 no.4
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• pp.308-315
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• 2013

Water emulsion technology has the problem of unstable combustion due to the rapid separation of water. To solve the problem, a hybrid mixing device was developed. The device attached on the burner was tested. As a result, the fuel consumption reduced to 12% in the similar condition of exhaust emissions and flame temperature, and 45.5%, 98.5% and 97.2% of NOx, CO, and smoke were reduced at the same inlet air and fuel flow rate.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.10 no.5
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• pp.652-659
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• 1999

The trend of poisoning of reforming catalyst along with the position of anodic catalyst bed was studied. Keeping the conditions that steam to carbon ratio was 2.5, operating voltage was 0.75 V, current density was $140mA/cm^2$, the unit cell was operated during 24 hrs at a steady state. And then the cell was stopped, the catalysts packed in the position of inlet, middle and outlet were sampled individually and then the amount of carbon, Li and K poisoned were analysed. After 100 hrs operated, the catalysts at the same positions were analysed at the same manner. The result of this experiment was as followings. After 24 hrs operated, the poisoning amounts of Li and K in the catalyst were 0.27 wt% at inlet, 0.23 wt% at middle and the highest value 1.59 wt% at outlet. After 100 hrs, the amount of poisoning is the highest in the catalyst packed at the inlet of unit cell. The performance simulation of unit cell explained these trends of poisoning catalysts. The simulation told that the catalyst in the region of the inlet of unit cell treated the 90% of initial methane flow rate and the highest electrochemical reaction happened in this region. So the catalysts of this region were the most poisoned with carbon, Li and K and also the rate of poisoning is faster than that of the catalyst at other regions. The temperature at the region of outlet of unit cell was $30^{\circ}C$ higher than that of other regions, so more Li, and K vaporized than at other regions and little reforming reaction at this region made the catalysts poisoning rate low.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.11a
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• pp.463-466
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• 2006

직접 알콜 연료전지는 액체인 알콜을 직접 연료전지에 공급하여 연소시킴으로써 높은 효율을 갖는 휴대용전원으로 주목받는 장치이다. 직접 알콜 연료전지에 담지체로 사용되는 탄소 소재는 넓은 표면적과 우수한 전기전도도를 가지고 있다는 장점 있으나 금속 촉매와의 상호작용이 약하여 촉매 활성에 영향을 주지 못한다. 산화물을 담지체로 사용할 경우 이러한 금속-담지체 간의 상호작용으로 인한 촉매활성 증가 및 입자성장 억제의 효과를 기대할 수 있다. 본 연구에서는, 안티몬 도핑된 주석산화물 (Sb-doped SnO2 : ATO nanoparticle)을 직접 메탄올 연료전지용 담지체어 적용하였으며 합성 과정은 다음과 같다. SnC14 5H2O SbC13, NaOH, HCl 수용액 혼합물을 삼구 플라스크에 넣고 $100^{\circ}C$ 온도에서 환류(reflux) 시킨 후 세척 및 건조하여 Air 분위기에서 열처리하였다. 합성된 산화물 수용액에 폴리올 방법으로 합성된 백금 콜로이드를 담지하였으며, 세척과 건조를 통하여 산화물에 담지된 백금 촉매를 촉매를 합성하였다. 촉매의 구조분석을 위해 XRD, TEM을 사용하였으며, 전극촉매로서의 활성을 평가하기 위해 cyclic voltammetry을 평가하였다. 본 연구에서는 백금의 담지량에 따른 Costripping voltammetry특성과 메탄올 및 에탄올 산화 반응 특성에 대하여, 탄소를 담지체로 사용한 Pt/C 촉매와 비교 평가하였다. 알콜 산화반응 평가결과, 주석산화물에 담지한 촉매가 탄소를 담지체로 사용한 촉매보다 우수한 활성을 나타내었으며 활성증가는 메탄올에 비해 에탄올 산화 반응의 경우 크게 증가하였다. 막과 비교해 보았다. $ZrO_2$ 입자는 전도성이며 동시에 친수성을 나타내기 때문에 상용 막에 비하여 함수율 및 수소이온 전도도가 우수하게 나타났다. 복합막의 이러한 물성은 $100^{\circ}C$이상의 고온에서 전해질 막 내의 물 관리를 용이하게 한다. 단위 전지 운전 온도 $130^{\circ}C$, 상대습도 37%의 운전 조건에서도 상당히 우수한 전지 성능을 보임에 따라 고온/저가습 조건에서 상용 Nafion 112 막보다 우수한 막 특성을 나타냄을 확인하였다.소/배후방사능비는 각각 $2.18{\pm}0.03,\;2.56{\pm}0.11,\;3.08{\pm}0.18,\;3.77{\pm}0.17,\;4.70{\pm}0.45$ 그리고 $5.59{\pm}0.40$이었고, $^{67}Ga$-citrate의 경우 2시간, 24시간, 48시간에 $3.06{\pm}0.84,\;4.12{\pm}0.54\;4.55{\pm}0.74 $이었다. 결론 : Transferrin에 $^{99m}Tc$을 이용한 방사성표지가 성공적으로 이루어졌고, $^{99m}Tc$-transferrin의 표지효율은 8시간까지 95% 이상의 안정된 방사성표지효율을 보였다. $^{99m}Tc$-transferrin을 이용한 감염영상을 성공적으로 얻을 수 있었으며, $^{67}Ga$-citrate 영상과 비교하여 더 빠른 시간 안에 우수한 영상을 얻을 수 있었다. 그러므로 $^{99m}Tc$<

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.60 no.4
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• pp.550-556
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• 2022

The performance of enzymatic fuel cells that convert chemical energy contained in various organic molecules such as sugar, alcohol, organic acids, and amino acids into electrical energy is greatly affected by the cathode as well as the anode. This study aimed to develop a laccase-based cathode with high performance. An enzyme composite composed of an laccase, redox mediator, and carbon nanotubes was immobilized on the surface of electrode in multiple layers, and the effect of the number of layers and the presence or absence of carbon nanotubes on electrode performance was investigated. As the number of layers of the enzyme-mediator (Lac-(PVI-Os-dCl)) on the electrode surface increased, the amount of reduction current generated at the electrode increased. The enzyme-carbon nanotube-mediator composite electrode (Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl)) generated a current 1.7 times greater than that of the Lac-(PVI-Os-dCl). It was found that the largest amount of current (10.1±0.1 µA) was generated in the electrode composed of two layers of Lac-(PVI-Os-dCl) and two layers of Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl) in the evaluation of electrodes with different ratio of Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl) and Lac-(PVI-Os-dCl). The maximum power density of the cell using the cathode composed of a single layer of Lac-(PVI-Os-dCl) and the cell using the optimized cathode were 0.46±0.05 and 1.23±0.04 µW/cm², respectively. In this study, it was demonstrated that the performance of cathode and the enzymatic fuel cell using the same can be improved by optimizing the layers of composites composed of laccase, redox mediator, and carbon nanotubes on the electrode surface.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.61 no.2
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• pp.175-188
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• 2023

Global interest in hydrogen energy is increasing as an eco-friendly future energy that can replace fossil fuels. Accordingly, a next-generation hydrogen production technology using microorganisms, nuclear power, etc. is being developed, while a lot of time and effort are still required to overcome the cost of hydrogen production based on fossil fuels. As a way to minimize greenhouse gas emissions in the hydrocarbon-based hydrogen production process, methane direct decomposition technology has recently attracted attention. In order to improve the economic feasibility of the process, the simultaneous production of value-added carbon materials with hydrogen can be one of the most essential aspects. For that purpose, various studies on catalysis related to the quality and yield of high-value carbon materials such as carbon nanotubes (CNTs). In terms of process technology, a number of the research and development of fluidized-bed reactors capable of continuous production and improved gas-solid contact efficiency has been attempted. Recently, methane direct decomposition technology using a fluidized bed has been developed to the extent that it can produce 270 kg/day of hydrogen and 1000 kg/day of carbon. Plus, with the development of catalyst regeneration, separation and recirculation technologies, the process efficiency can be further improved. This review paper investigates the recent development of catalysts and fluidized bed reactor for methane direct pyrolysis to identify the key challenges and opportunities.

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.20 no.2
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• pp.15-19
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• 2012

Wood wastes could be renewable resources by recycling as particleboard manufacturing or energy production. Particle board is the most common item of wood waste recycling and energy production from wood wastes has highlighted for energy recovery to reduce greenhouse gas generation in recent years. The aim of this study was to evaluate the environmental benefits of the processes for particle board manufacturing and energy production. The functional unit was one ton of wood wastes and the environmental impact was analyzed by life cycle assessment methodology. The result was that 112kg of carbon dioxide equivalent was produced from particle board manufacturing process and 382kg of carbon dioxide equivalent was produced from combined heat and power generation process. The concept of temporary biomass carbon storage was to applied to this study.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.35 no.6
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• pp.641-648
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• 2011

Off-gases emitted from the anode of a molten carbonate fuel cell (MCFC) at high temperatures for power generation are used as fuel in catalytic combustion. The heat generated in the catalytic combustor is utilized as the heat for the endothermic reaction required for steam reforming. Among the various operational conditions of the integrated reactor, we varied the inlet gas compositions of the catalytic combustor according to fuel utilization in the MCFC and the ratio of steam to carbon in the reformer. Subsequently, the thermal behaviors and reaction characteristics of the integrated reactor were investigated experimentally. The fundamental data from this experimental study will be useful for the design and fabrication of a more practical integrated reactor in the future.