LFG는 매립된 폐기물 중 유기성분이 혐기성조건에서 미생물에 의해 분해가 되면서 발생하며, 이러한 매립지가스는 주변 지역의 자연 및 생활환경에 악영향을 미치기 때문에 소각 등의 방법으로 LFG를 처리하고 있다. 일반적으로 매립지로부터 발생하는 가스의 량은 폐기물 1톤 당 $150{\sim}250m^3$로서 매립 후 2~3년 후에 최대량이 발생하며 매립 후 20~30년 후까지 지속적으로 발생함으로 안정적인 LFG의 공급이 가능하며, 메탄함량이 50%인 경우 약 $5,000kcal/m^3$의 높은 발열량을 가지므로 대체에너지원으로 이용할 경우 환경적인 문제 해결 및 신재생에너지원으로 활용할 수 있다. LFG 자원화 할 경우 가장 안정적인 방안으로 발전 및 중질가스로 활용하는 것이나, 발전의 경우 최소 200만톤 이상의 매립용량을 갖추어야 경제적인 사업성을 확보할 수 있으며, 중질가스로 활용하는 경우 인근에 가스 수요처를 확보해야 하는 어려움이 있다. 만약 중 소규모의 매립장에서 발생하는 LFG를 안전하고 경제적인 조건으로 저장 및 수송할 수 있다면 중 소규모의 매립지에서 발생하는 LFG도 활용할 수 있을 것으로 기대되며, 안전하고 경제적인 저장과 수송기술을 통하여 발전이 아닌 중질가스로의 활용도 가능하게 될 것이다. 또한 여러 곳의 매립장에서 발생한 LFG를 한 곳으로 집중시켜 고질가스로 전환하는 설비비용을 절감할 수 있으며, 정제된 고질가스를 이용하여 발전보다 경제적인 자동차 연료나 도시가스로 활용할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 LFG의 저장과 수송기술 중 GTS 기술을 통하여 저장과 수송에 제약이 크고 많은 비용이 소비되는 기체 상태의 에너지원을 하이드레이트화 시킴으로서 중 소규모 매립지에서 상대적으로 적은 비용으로 가스저장과 지상수송이 가능하게 할 수 있다. 본 연구의 결과로 LFG 에너지화 실증화 플랜트를 설계/제작 하였으며, 메탄+이산화탄소+물 하이드레이트 형성 실험 결과 4.56 Mpa, 277.2 K 조건에서 3시간을 한 사이클로 하는 공정운전을 가지는 것을 확인하였다. 이때 생성된 슬러리상의 하이드레이트를 고압으로 배출하여 펠릿으로 형성시켰으며, 형성된 하이드레이트 펠릿의 경우 92.27%의 메탄을 포함하는 것을 확인하였다.
Shin, Jae Ran;Kim, Jae Gang;Kim, Hae Gi;Kang, Ho Jong
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.33
no.2
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pp.232-238
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2016
In this study, a liquid carbonation method was applied for producing precipitate calcium carbonate by liquid-liquid reaction. Also a shuttle mechanism of wet chemical absorption using MEA was utilized. The high concentration $CO_2$(A) and exhaust gas(B) was used for collecting carbon dioxide in the 30% MEA aqueous solution, and $CO_2$ was fixed with rate of 0.35 mg of $CO_2$ per mg of sludge through the liquid carbonation process. It was found from SEM data that calcium carbonate was mainly made up with spherical vaerite with the mixing of a small quantity of calcite.
The influence of co-existing gases on the hydrogen permeation without sweep gas was studied through a Pd-coated $V_{99.8}B_{0.2}$ alloy membrane. Membranes have been investigated in the pressure range 1.5-8.0 bar under pure hydrogen, hydrogen-carbon dioxide and hydrogen-carbon monoxide gas mixture without sweep gas at $400^{\circ}C$. Preliminary hydrogen permeation experiments without sweep gas have been confirmed that hydrogen flux was $40.7mL/min/cm^2$ for a Pd-coated $V_{99.8}B_{0.2}$ alloy membrane (thick : 0.5 mm) using pure hydrogen as the feed gas. In addition, hydrogen flux was $21.4mL/min/cm^2$ for $V_{99.8}B_{0.2}$ alloy membrane using $H_2/CO_2$ as the feed gas. The hydrogen permeation flux decreased with decrease of hydrogen partial pressure irrespective of pressure when $H_2/CO_2$and $H_2/CO$mixture applied as feed gas respectively and permeation fluxes were satisfied with Sievert's law in different feed conditions. It was found from XRD, SEM/EDX results after permeation test that the Pd-coated $V_{99.8}B_{0.2}$ alloy membrane had good stability and durability for various mixtures feeding condition.
One of the recent environmental problems is climate change due to the increase of atmospheric $CO_2$, which causes ecological changes and various environmental problems. Therefore, various studies are being carried out to reduce $CO_2$ in the world in order to solve various environmental problems caused by increase of $CO_2$. The $CO_2$ reduction using microalgae is an environmentally friendly method by using photosynthesis reaction of microalgae. However, most studies using single species. There is no study on the $CO_2$ fixing efficiency of microalgae in natural rivers. Therefore, this study was to identify the microalgae in the Sum river and to analyze the growth characteristics of microalgae in the river to obtain optimal culture conditions. And the changes of biomass and chlorophyll-a of microalgae were analyzed according to $CO_2$ concentration and injection rate. The purpose of this study was to investigate the fixing efficiency of carbon dioxide in microalgae in natural rivers. Six kinds of dominant species were observed as a result of the identification of microalgae in Sum river(Ankistrodesmus falcatus, Scenedesmus intermedius, Selenodictyum sp., Xanthidium apiculatum var. laeve, Cosmarium pseudoquinarium, Dictyosphaerium pulchellum). All of these species were green algae. Biomass and chlorophyll-a increased with the increase of $CO_2$ concentration and biomass and chlorophyll-a increased faster flow rate at the same $CO_2$ concentration. Also, the quantity of $CO_2$ fixation on the microalgae tended to be higher when the flow rate of injected gas was faster. This study can be referred as being significant in the micro-algae in river. In addition, the optimal conditions for $CO_2$ fixation of microalgae in rivers and the quantification of the quantity of $CO_2$ fixation from microalgae in rivers can be used as basic data for future policy of $CO_2$ reduction.
Jang, Na Hyung;Shim, Hyun Min;Hua, Xu Li;Kim, Hyung Teak
Applied Chemistry for Engineering
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v.19
no.5
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pp.526-532
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2008
The proposed $CO_2$ storage technology in the present study is a one-step sequestration process that stabilizes $CO_2$ in a reactor with Serpentine. The advantage of this technology is associated with its high stability of final product so that the entire system is recognized as permanent environment-friendly $CO_2$ removal method. Since the sequestration reaction mechanisms are generally understood that carbonation reaction proceeds with very slow rate, so that pretreatment method to increases reaction rate of $CO_2$ carbonation reaction should be developed. To increase the reactivity of Serpentine with $CO_2$, two different methods of pretreatment are carried out in the present investigation. One is heat-treatment, the other is chemical pretreatment. In this study, only chemical pretreatment is considered leaching method of magnesium from Serpentine using sulfuric acid at the various reaction temperatures, times, and acid concentrations. Experimental results illustrated that pretreatment by sulfuric acid increases surface area of serpentine from $11.1209m^2/g$ to $98.7903m^2/g$ and extracts magnesium compounds. Single variable experiment demonstrated the enhancements of magnesium extraction with increased reaction temperature and time. Amount of magnesium extraction is obtained by using the data of ICP-AES as maximum extraction condition of magnesium is 2 M acid solution, $75^{\circ}C$ and 1hr. After performing chemical pretreatment, carbonation yield increased from 23.24% to 46.30% of weight.
Fuel cell is one of the promising electrochemical technologies enabling power production with various fuel sources such as hydrogen, hydrocarbon and even solid carbon. However, its long-term performance is often unstable and unpredictable. In this work, we observed that gasification-driven hydrocarbons were the culprit of unpredictability. Therefore, we controlled the presence of hydrocarbons with the help of external gas supply, i.e. argon and carbon dioxide, and suggested the optimal amount of carbon dioxide required for predictable fuel cell operations. Our optimization strategy was based upon the following observations; carbon dioxide can work as both an inert gas and a fuel precursor, depending on its amount present in the reactor. When deficient, the carbon dioxide cannot fully promote the reverse Boudouard reaction that produces carbon monoxide fuel. When overly present, the carbon dioxide works as an inert gas that causes fuel loss. In addition, the excessive carbon monoxide may result in coking on the catalyst surface, leading to the decrease in the power performance.
상대적으로 이산화탄소 배출량이 적으며, 기존의 천연가스를 대체할 수 있고, 21세기 신 에너지원으로 기대되고 있는 메탄 하이드레이트(Methane hydrate)는 태평양과 대서양의 대륙사면 및 대륙붕, 남극대륙의 주변해역 등지에서 자연적으로 발생한 메탄 하이드레이트의 분포가 확인되었으며, 그 매장량의 1조 탄소톤 이상으로 기존 화석연료의 매장량이 5천억 탄소톤, 대기중의 메탄가스가 3억 6천만 탄소톤임을 고려할 때 2배에 이르는 막대한 양이라고 보고하였다. 따라서 메탄 하이드레이트는 화석에너지를 대체할 수 있는 차세대 청정 에너지 또는 대체 에너지원으로서의 무한한 잠재력을 가지고 있어 새로운 에너지분야로 크게 주목을 받고 있다. 또한 하이드레이트는 $172m^3$의 메탄가스와 $0.8m^3$의 물로 분해된다. 만약, 특성을 역으로 이용하여 산업적으로 고체화 수송을 할 경우 화수송보다 18-24%의 비용절감이 이루어질 것으로 예상되어진다. 그러나 메탄 하이드레이트를 인공적으로 만들경우 물과 가스의 반응율이 낮아 하이드레이트 형성시간이 상당히 길고 가스 충진율도 낮다. 따라서 본 연구에서는 하이드레이트를 빨리 만들며 가스 충진율도 증가시키기 위하여 증류수와 다공성물질이며 나노세공(Nano pore)을 가지고 있는 제올라이트를 증류수에 첨가하고, 초음파 분산하여 만든 혼합유체를 메탄가스와 반응시켜 하이드레이트 형성 실험을 수행하여 비교 분석하였다. 그 결과 0.01 wt% 제올라이트 혼합유체에서 증류수보다 하이드레이트가 훨씬 빨리 생성되었으며, 메탄가스소모량은 ${\Delta}T_{subc}$=0.5K에서 약 4배 높음을 보였다.
Huge amount of $CH_4$ mixtures has been emitted from landfills and organic wastes via anaerobic digestion. The recovery of high purity $CH_4$ from these gases has two merits: reduction of green house gases and production of renewable fuels. Membrane technology based on polymeric materials can be used in this application. In this study, asymmetric gas separation hollow fiber membranes were fabricated to develop the membrane-based bio-gas purification process. Polyethersulfone (PES) was chosen as a polymer materials because of high $CO_2$ permeability of 3.4 barrer and $CO_2/CH_4$ selectivity of 50[1]. Acetone was used as a non-solvent additive because of its unique swelling power for PES and highly volatile character. The prepared PES hollow fiber showed excellent separation properties: 36 GPU of $CO_2$ permeance and 46 of $CO_2/CH_4$ selectivity at optimized preparation conditions: 9wt% acetone content, 10cm air-gap and 4wt% PDMS coating processes. With the PES hollow fiber membranes developed, mixed $CO_2/CH_4$ test was done by changing various operating conditions such as pressures and feed compositions to meet the highest recovery of CH4 with 95% purity. High $CH_4$ recovery of 58 wt% was observed at 10 atm feed pressure for the 50 vol% of $CO_2$ in $CO_2/CH_4$ mixture.
A compact adsorption-based process for removal of carbon dioxide and nitrogen from natural gas has been discussed. Among the adsorption-based processes, especially, the pressure swing adsorption (PSA) process has been a suitable unit operation for the purification and separation of gas because of low operation energy and cost. A step cycle is made up of pressurization, feed, equalization, blowdown and rinse. In this work, the PSA process is composed of zeolite 13X and carbon molecular sieve (CMS) for removal of carbon dioxide and nitrogen from mixed gas containing $CH_4/CO_2/N_2$ (75:21:4 vol%). A CMS selectively removes carbon dioxide and a zeolite 13X separates nitrogen from methane. CMS is investigated experimentally due to the high throughput of the faster diffusing component ($CO_2$). The gas composition of top, bottom and feed tank was measured with the gas chromatography (GC) using TCD detector, helium as carrier gas and packed column for analysis of methane, carbon dioxide, and nitrogen.
The generation of high-purity hydrogen from hydrocarbon fuels is essential for efficient operation of fuel cell. In general, most feasible strategies to generate hydrogen from hydrocarbon fuels consist of a reforming step to generate a mixture of $H_2$, CO, $CO_2$ and $H_2O$ (steam) followed by water gas shift (WGS) and CO clean-up steps. The WGS reaction that shifts CO to $CO_2$ and simultaneously produces another mole of $H_2$ was carried out in a two-stage catalytic conversion process involving a high temperature shift (HTS) and a low temperature shift (LTS). In a typical operation, gas emerges from the reformer is taken through a high temperature shift catalyst to reduce the CO concentration to about 3~5%. The HTS reactor was designed and tested in this study to produce hydrogen-rich gas with CO to a range of 2~4%. The iron based catalysts (G-3C) was used for the HTS to convert the most of CO in the effluent from the partial oxidation (POX) to $H_2$ and $CO_2$ at a relatively high rate. Parametric screening studies were carried out for variations of the following variables: reaction temperature, steam flow rate, components ratio ($H_2/CO$), and reforming gas flow rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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