• 한국가스학회지
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• 제2권1호
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• pp.99-106
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• 1998

최근 환경오염 문제와 관련하여 청정연료로 수요가 증가하고 있는 액화천연가스(LNG)의 저장탱크 및 운반선 등 연료 저장 설비, 초전도이용 관련 기기와 같은 저온용 설비 및 기기가 증가하고 있고 대형화의 추세를 보이고 있다. 특히 액화천연가스(LNG)의 수요급증에 따라 이의 운송 및 저장에 필요한 재료의 수요가 증가하면서 극저온재료에 대한 관심이 높아지고 있다. LNG저장조의 대형화에 따라, 설계강도상의 검토는 물론, 사용재료의 특성, 가공성 및 용접 둥의 시공법을 비롯하여 품질관리 면까지 충분한 검토가 필요하다. 특히 LNG를 저장하는 내조재료에 대하여는 모재 및 용접부의 제반 특성을 파악하여 저온에서 취성파괴에 대한 안전성을 확인해 둘 필요가 있다. 본 연구는, LNG 저장 탱크의 안전성 평가시 필요한 재료물성 데이터 중 파괴인성의 측정 기반 기술을 확보하고, 현재 국내에서 사용되고 있는 LNG 저장탱크용 재질(SUS304L강, Al합금 및 $9\%$ Ni강)에 대하여 77 K 및 173 K에서 계장화 샬피충격시험을 실시하여 온도에 따른 충격파괴특성 및 파면해석을 실시하여, 안전성 평가에 필요한 기초 자료를 확보하는 것을 주목적으로 한다. 계장화샬피충격파괴시험결과, $9\%$니켈강의 경우 온도저하에 따라 77K까지는 인성의 저하정도가 적어 우수한 파괴저항을 나타내었다. 계장화 장치에 의해 얻어진 하중-처짐 곡선으로부터, 온도가 173 K에서 77 K로 저하함에 따라 최대하중은 증가하였으나 에너지는 오히려 감소하였다. 또한 균열개시에 쓰여진 에너지보다 균열진전에 쓰여진 에너지가 높게 나타났다. A5083의 경우 합금강재에 비해 충격흡수에너지값이 낮고 저온 특유의 갈라짐 현상을 볼 수 있었다. SUS304L재의 경우 균열개시에 쓰여지는 에너지가 높게 나타났고, 균열진전에 따른 에너지는 거의 나타나지 않아 균열개시 후 비교적 평탄한 파단면을 나타내는 파면관찰 결과와 일치하는 거동을 나타내었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권1호
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• pp.15-20
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• 2011

고분자전해질 연료전지에 유입되는 공기가 톨루엔에 오염되었을 때 전지 성능에 미치는 영향을 여러 톨루엔 농도와 운전 조건에서 연구하였다. 그리고 청정한 공기에 의한 전지 성능 회복과 활성탄 흡착에 의한 공기 중 톨루엔의 제거에 대해서도 연구하였다. 본 연구에서 실험한 톨루엔의 농도 범위는 0.1~5.0 ppm이었고 전지 성능감소와 회복은 일정전류에서 전압변화 측정법과 전기화학적 임피던스 측정법(EIS)에 의해 측정하였다. KOH 첨착활성탄의 톨루엔 흡착용량은 등온흡착곡선으로 구했다. 톨루엔 농도가 증가할수록, 전류밀도가 증가할수록, 공기유량이 증가할수록 톨루엔 오염에 의한 성능감소가 심했다. 그러나 상대습도가 증가할수록 톨루엔 오염에 의한 성능감소는 작았다. 가습된 청정 공기 중의 산소와 수분에 의한 톨루엔의 산화에 의해 전지의 성능이 회복되었다. 톨루엔의 백금 표면 흡착에 의한 전하 전달 저항 증가가 전지 성능을 주로 감소시킴을 EIS가 보였다. 첨착활성탄의 톨루엔 흡착 용량은 KOH 첨착량이 증가할수록 감소하였다.

• 청정기술
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• 제13권1호
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• pp.64-71
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• 2007

천연가스로부터 유기 황 화합물인 THT와 TBM의 제거를 위한 적합한 흡착제의 선정이 수행되었다. 황 화합물에 대한 포화 흡착량은 Na-Y, Na-ZSM-5, Na,K-ET(A)S-10, Na-모더나이트, Na,K-클리놉틸올라이트, Ti/MCM-41, Ti/SBA-15이 포함되어진 나노세공 물질 및 무정형 티타노실리케이트에 대하여 펄스 흡착 방법에 의해 측정되었다. 측정되어진 물질들 중 Na-Y 와 Na,K-ET(A)S-10 제올라이트에서 THT와 TBM에 높은 흡착 용량을 보였다. Na,K-ET(A)S-10에서의 THT에 대한 포화 흡착량은 효율적인 흡착제로 잘 알려진 Na-Y 제올라이트와 비슷하였다. Na,K-ET(A)S-10에서의 THT와 TBM의 흡착량과 흡착능은 Na,K-ET(A)S-10의 결정성이 좋을수록 증가하였다. 모사되어진 천연가스를 이용한 파과 평가로부터 THT와 TBM 사이의 경쟁적 흡착에 관한 연구에서 Na,K-ET(A)S-10은 THT에 선택적으로 흡착하는 것으로 나타났다. Na,K-ET(A)S-10의 THT에 대한 파과 용량은 1.19 mmol/g 이었다. 이러한 결과들은 Na,K-ETS-10과 Na,K-ETAS-10의 높은 흡착 성능이 제올라이트 구조의 넓은 기공 성질과 유기 황 화합물과의 강한 정전기적 상호작용을 지닌 제올라이트 구조 속의 높게 교환되어진 양이온에 기인하는 것으로 보인진다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권5D호
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• pp.473-481
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• 2012

천연가스는 타 화석연료에 비해 온실가스를 적게 배출하는 청정연료로서 가채연수가 길고 상대적으로 가격 변동이 적어 세계적으로 사용량이 증대되고 있으며, 이에 따라 신규 가스전 개발 및 대규모의 천연가스 플랜트 건설 사업이 세계 각지에서 추진되고 있다. 특히 다양한 플랜트 사업 중 해외 천연가스 파이프라인 사업의 경우 보다 안정적이고 효율적인 천연가스의 수송을 위해 지역 간이나 국가 간에 적용되는 방식으로서 건설 수요가 괄목할만하게 증가하고 있으며 이미 전체 천연가스 교역의 72%를 차지하고 있다. 그러나 우리나라의 경우 해외의 주요 가스전과의 물리적인 거리 및 저장시설에 한정된 수요 발생으로 인해 해외 파이프라인 공종의 참여가 뒤떨어져 있는 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 해외 천연가스 파이프라인 사업의 진출을 위해 사업계획 단계를 중심으로 표준화된 업무 프로세스 모델을 구축하고자 하였다. 국 내외의 파이프라인 사업 및 해외건설 프로세스를 분석하고, 해외 천연가스 파이프라인 사업의 특성을 반영하여 3단계의 레벨을 가진 업무 프로세스 모델을 도출하였다. 이후 전문가를 활용하여, 업무 프로세스 모델을 테스트베드에 적용하여 실무적 검증을 수행하였으며, 이와 별도로 추가적인 설문조사를 통해 본 연구에서 제시된 업무 프로세스 모델의 적용성과 효용성을 확인하였다. 본 연구에서 제시된 업무 프로세스 모델을 기반으로 기업의 노하우를 반영한다면, 해외 천연가스 사업 의사결정을 위한 객관적인 기준으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 청정기술
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• 제20권4호
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• pp.439-448
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• 2014

포항철강산업단지의 온실가스 잠재 감축량에 대한 연구를 수행하였다. 2010년 기준 철강산단의 온실가스 배출량은 4,174,000~4,574,000 $tCO_2-eq$로 추정되고, 정부의 온실가스 감축 목표를 달성하기 위해서 2020년까지 최소 552,000 $tCO_2-eq$의 온실가스 감축이 요구된다. 온실가스 잠재 감축량을 추정하기 위하여, 자발적 온실가스 감축사업에 등록된 사례 기술들을 온실가스 목표관리제도 대상으로 지정된 51개 기업의 공정에 적용하였다. 기술적 용이성과 투자비 회수기간 측면에서 분석한 결과, 연료전환과 폐열회수를 이용하여 단기적으로 160,000 $tCO_2-eq$를 감축할 수 있는 것으로 예상된다. 중기적으로는 철강금속 산업 분야에 적용 가능한 열 부문과 전기 부문 기술을 이용하면 각각 229,000과 125,000 $tCO_2-eq$를 감축할 수 있을 것으로 예상된다. 온실가스 예상 목표 감축량 대비 중 단기 기술로 달성할 수 없는 차이(38,000 $tCO_2-eq$)에 대해서는 장기적으로 근본적인 공정 혁신과 최신 설비 및 신재생에너지 기술 도입을 통한 감축 노력이 필요하다.

• 청정기술
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• 제27권3호
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• pp.269-274
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• 2021

바이오에너지는 탄소중립을 추구하는 방안 중 하나로 간주되고 있다. 그러나 수확된 식물 바이오매스를 연소하면 필연적으로 대기 중 이산화탄소는 일정기간 동안 화석을 연소할 때보다 더 많아진다. 본 논문에서는 이 탄소부채의 총량과 상환기간을 예측하고 최소화하는 방법을 제안한다. 사례연구로는 현재 사용되고 있는 화석연료를 바이오매스로 일시에 전환할 경우에 대한 탄소순환 영향평가를 수행한다. 이를 통해 탄소중립 개념의 근본적인 취약성을 지적한다. 바이오에너지의 지속가능성을 위한 실행방안으로는 숲 면적 감소분에 비례하는 추가식림 및 숲 질량 증가분에 비례하는 추가수확 공식을 제안하였다. 최적화 결과, 탄소부채 상환기간은 약 70년, 대기 중 이산화탄소는 최대 50% 이상, 정상상태에서 3% 증가가 예상된다. 이는 이론적으로 예측한 최상의 결과이며 실제로는 이보다 나쁠 것으로 추정된다. 따라서 바이오매스는 진정으로 탄소 중립적이지 않으며, 화석연료의 대체에너지원으로서 부적합하다. 본 연구에서 제안된 방법은 이미 사용 중인 바이오에너지의 현재 및 미래 탄소부채 최소화를 통해 탄소중립으로의 접근에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

• 청정기술
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• 제28권1호
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• pp.9-17
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• 2022

전기화학적 이산화탄소 환원 기술은 전기에너지를 이용하여 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 유용한 기초 화학제품으로 전환시킬 수 있는 유망한 기술 중 하나다. 특히, 다양한 후보 제품 중 일산화탄소는 높은 Faraday 효율과 우수한 경제성을 나타내기 때문에 학계와 산업계의 많은 관심을 받고 있다. 과거 여러 연구진이 본 기술의 온실가스 저감 잠재량을 정량적으로 분석했으나, 분석 과정에서 도입된 과정과 사용된 인벤토리 데이터의 일관성 및 투명성에 문제가 제기된다. 본 연구에서는 전기화학적 이산화탄소 환원을 통한 일산화탄소 생산 공정의 온실가스 저감 잠재량 분석을 위한 전과정평가를 수행했다. 세 종류의 시스템 경계를 정의 후 각각의 지구온난화지수를 화석연료 기반 일산화탄소 생산 공정과 비교했다. 분석 결과, 전기화학적 일산화탄소 생산 기술을 도입하여 온실가스를 저감하기 위해서는 전해조 구동에 필요한 전기에너지의 배출계수가 현재 국내 발전부문의 배출계수보다 충분히 낮아야 한다는 점을 확인했다. 또한, 신뢰성 있는 온실가스 저감 잠재량 분석을 위해서는 기존의 화석연료 기반 일산화탄소 생산 공정의 인벤토리 정보를 투명하게 공개하는 것이 중요함을 밝혔다.

• 청정기술
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• 제28권4호
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• pp.331-338
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• 2022

본 연구의 목적은 열분해연료유(pyrolysis fuel oil, PFO)에 포함된 다환 방향족 탄화수소(polycyclic aromatic hydro, PAHs) 수소화 반응용 촉매로서 Pt(1wt%)/Kieselguhr 비드 촉매 및 펠렛 촉매를 제조하는 것이다. Trickle-bed 반응기에서 PFO-cut 수소화 반응을 통한 포화 고리 화합물(saturated cyclic compound)의 수율을 최대화하기 위한 최적의 반응 온도 및 수소/PFO-cut 유량비는 각각 250℃와 1800으로 결정하였다. PFO-cut의 공간속도(LHSV)가 감소할수록 포화 고리 화합물의 수율이 증가하였다. 펠렛 촉매와 비드 촉매의 수소화 반응 성능 차이는 크지 않았다. Kieselguhr 지지체를 성형한 후에 Pt를 담지한 촉매(AI 촉매)가 kieselguhr 분말에 Pt를 담지한 후에 성형한 촉매(BI 촉매)에 비해 수소화 활성이 높았으며, 이러한 경향은 펠릿 촉매와 비드 촉매에서 공통적으로 나타났다. 이는 AI 촉매의 Pt 활성점 수가 BI 촉매 보다 많기 때문이다. 본 연구에서 제조한 촉매 중에서 AI법으로 제조된 펠렛 촉매가 제조된 촉매 중 반응 활성이 가장 우수한 것을 확인하였다. PFO-cut 수소화 반응 생성물 중 C₈~C₁₅ 범위의 고리 화합물이 대부분을 차지했으며, C11 고리 화합물의 분포도가 가장 높았다. 수소화 반응과 더불어서 분해 반응도 함께 촉진되어 생성물의 탄소수 분포가 경질 탄화수소 쪽으로 이동함을 확인하였다.

• 청정기술
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• 제28권2호
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• pp.117-122
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• 2022

본 연구는 80 kW 연소로에서 초 저 NO_x 버너를 개발하고 실험한 결과를 나타낸 것이다. 실험은 80 kW 단일 버너 연소로에서 진행되었으며, swirl number 변화, 총 당량비, 1차 / 2차 산화제 비율을 변경하여 진행하였다. 본 연구에서는 가스(LNG)를 보조연료로 사용하여 NO_x 생성량을 크게 감소 시킬 수 있었다. 화력발전소에서 석탄 연소 시 발생하는 NO_x의 양은 약 300 ppm이다. 그러나 본 연구에서 사용된 버너는 LNG를 혼소하여 NO_x의 양을 40 ppm까지 감소 시킬 수 있었다. 1차 산화제의 투입량이 보조 연료인 가스가 연소될 만큼만 사용하여 가스와 석탄을 동시에 투입하면 연소가스가 버너 출구에서 고온영역을 형성하여 석탄을 휘발시키므로 N 탈휘발에 포함되어 배출된다. 그러므로 이 후 석탄이 연소 되면 석탄내 포함된 N이 거의 없기 때문에 NO_x 생성량이 감소하는 것이다. 본 연구 결과를 바탕으로 실제 화력발전소 버너를 개발한다면 NO_x 생성을 연소 초기에 대량 감소시킬 수 있을 것으로 예상된다.

• 청정기술
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• 제28권3호
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• pp.238-248
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• 2022

세계는 탄소 중립 사회로의 전환을 추진하고 있으며, 탄화수소계 연료를 수소로 대체함으로써 탄소 중립에 대한 기여를 기대할 수 있다. 하지만 수소 연소에 따른 질소산화물을 제어하기 위한 기술이 필요하며, 무화염 연소 기술이 하나의 대안이 될 수 있다. 본 연구는 수소 함량 및 배가스 재순환율에 따른 메탄-수소 연료의 연소 및 반응 특성을 분석하기 위해 Chemkin 기반의 1차원 대향류 확산화염 모델을 이용하여 해석을 수행하였다. 메탄 연소시 재순환율이 2에서 3으로 증가할 때 열방출의 흡열 구간이 없고 최대 열방출률 영역이 하나로 병합되는 무화염 연소가 달성되었다. 재순환율 3의 수소 전소 시 열방출 측면에서 무화염 연소가 달성되었으나, 화염 구조의 측면에서는 무화염 연소 달성 여부의 판단이 어렵다. 하지만 NO 생성량은 메탄 무화염 연소와 비교하여 유사한 수준으로 예측되었기에 수소 무화염 연소를 규정하기 위해서는 화염 구조, 열방출, NOx 생성에 대한 복합적인 고려가 필요하다.