• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.39 no.6
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• pp.527-534
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• 2015

This study offers a novel method for improving the physical contact between the anode and fuel in a direct carbon fuel cell (DCFC): a direct generation of carbon in a porous Ni anode through the thermal decomposition of gaseous hydrocarbons. Three kinds of alkane hydrocarbons with different carbon numbers (CH4, C2H6, and C3H8) are tested. From electron microscope observations of the carbon particles generated from each hydrocarbon, we confirm that more carbon spheres (CS), carbon nanotubes (CNT), and carbon nanofibers (CNF) were identified with increasing carbon number. Raman scattering results revealed that the carbon samples became less crystalline and more flexible with increasing carbon number. DCFC performance was measured at $700^{\circ}C$ with the anode fueled by the same mass of each carbon sample. One-dimensional carbon fuels of CNT and CNF more actively produced and had power densities 148 and 210 times higher than that of the CS, respectively. This difference is partly attributed to the findings that the less-crystalline CNT and CNF have much lower charge transfer resistances than the CS.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.05a
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• pp.591-594
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• 2008

지구 온난화 문제의 심각성이 대두되면서 이산화탄소 저감 기술에 대한 관심이 증폭되고 있다. 가장 이상적인 방법은 탄소가 포함되지 않은 청정 재생 에너지원이지만, 에너지 공급 규모 면에서 보면 근미래에도 화석 연료가 에너지 수요에 대한 주요 공급원으로 남아있을 것이라는 의견이 지배적이다. 많은 화석 연료 중 천연가스는 탄소 배출량이 가장 적은 청정 연료로 지난 10년간 수요가 폭발적으로 증가해왔다. 이를 고려해볼 때 탄소 배출량이 적은 천연가스를 생산하면서 이산화탄소를 격리 시킬 수 있는 기술은 매우 매력적이다. 본 연구에서는 심해저의 메탄 하이드레이트로 부터 천연가스를 생산하는 기술로서 이산화탄소와 질소의 혼합 가스를 사용하는 기술 개발의 일환으로 혼합 가스에 의한 메탄 하이드레이트 해리 속도를 $^{13}C$ NMR을 이용해 측정한 결과를 제시하고자 한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.51 no.4
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• pp.455-459
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• 2013

The fuel processor for the portable fuel cell includes multi-step processes consisting of hydrogen generator, heat generator and several CO clean-up stages. One of requirements of the fuel processor for portable fuel cell system is a rapid start-up time. Especially, the warm-up time for WGS reactor is crucial factors for total start-up time. In this paper, active heating protocol, which is the heating protocol of WGS reactor supplied by the oxidation of CO rich reformate in the initial stage, is used for a rapid start-up. The air stream fed to the inlet of WGS reactor rapidly oxidize the CO rich reformate in the WGS reactor. Therefore, CO concentration in reformate quickly stabilized at the desired concentration without CO surges.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.11a
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• pp.465-478
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• 2005

수소경제는 이제 선택사항이 아니라 피할 수 없는 미래로 우리에게 다가오고 있다. 본 연구에서는 2040년을 수소경제 실현의 원년으로 삼고 2040년까지 최종에너지소비의 15%를 수소로 충당하는 공급목표를 설정하였다. 수소이용효율이 가장 높은 수송부문을 주요 대상으로 2040년까지 자동차의 50% 이상을 연료전지 자동차로 대체하고, 기타 가정상업 및 발전부문에서도 20-30%를 연료전지로 대체하는 계획을 세웠다. 이러한 수소경제가 계획대로 달성되는 경우, 우리나라는 2040년에 가서 에너지소비가 8%정도 줄고, 에너지믹스도 개선되어 화석에너지의 획기적 감소(석유의 경우 탄소경제 대비 23% 감소)와 신 재생에너지의 비약(탄소경제 대비 47% 증가)이 두드러진다. 이에 따라 온실가스의 대폭적 저감 (20%)과 에너지자급도의 대폭적 개선 (23%)이 기대된다. 수소경제의 달성을 위해서는 정부가 앞장서서 관련법의 제정과 전담기구의 신설 등 수소경제에 대비한 안정적 추진체제 및 관련 법제도의 정비를 서둘러야 할 것이다. 이와 함께 연료전지보급 및 수소공급 인프라 구축에 필요한 방대한 투자재원을 확보하기 위해서 민간부문의 투자를 촉진시키고 민간의 전문기술인력 양성과 더불어 연료전지 및 수소인프라 산업육성을 위한 규격 및 표준의 마련도 시급하다.

• Environmental and Resource Economics Review
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• v.6 no.1
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• pp.23-43
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• 1996

이산화탄소의 대기 중 배출규제에 대한 논의가 지구적으로 진행되고 있다. 본 연구에서는 탄소세의 도입이 우리나라의 전력부문에 미치는 효과를 분석하였다. 이를 위해 전력수요와 공급을 연계하는 계량경제학적 "시뮬레이션"모형을 수립하였다. 모형의 운용 결과, 탄소세의 부과는 특히 전력가격 상승에 큰 효과를 주고 있는 반면 전력수요의 변화에는 비교적 적은 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 외생적 시나리오 설정에 의하여 탄소세 부과시 연료원 간의 대체효과를 분석하였는데 원자력이 화석연료를 대체하는 시나리오는 전력가격의 안정화에 약간의 도움을 주고 있으나 LNG가 유연탄 화력을 대체하는 시나리오는 전력가격의 변화에 거의 영향을 주지 않고 있다. 이러한 분석 결과는 발전 연료간의 대체를 고려한다고 하더라고 탄소세 충격의 완화에 미치는 효과는 미미하다는 것을 의미한다.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.33 no.5
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• pp.557-565
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• 2022

The effect of flow configuration in ammonia-fed solid oxide fuel cell are investigated by using a three-dimensional numerical model. Typical flow configurations including co-flow and counter-flow are considered. The ammonia is directly fed into the stack without any external reforming process, resulting in an internal decomposition of NH3 in the anode electrode of the stack. The result showed that temperature profile in the case of counter-flow is more uniform than the co-flow configuration. The counter-flow cell, the temperature is highest at the middle of the channel while in the case of co-flow, the temperature is continuously increased and reached maximum value at the outlet area. This leads to a higher averaged current density in counter-flow compared to that of co-flow, about 5%.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.29 no.5
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• pp.626-629
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• 2018

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.

• Environmental and Resource Economics Review
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• v.19 no.2
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• pp.243-282
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• 2010

In this paper, we analyze the components and trends of carbon emissions using the Logarithmic Mean Divisia Index decomposition method in Korean electricity industry during the period 1991~2007. In the demand side, carbon emissions are affected by electricity intensity and structural shift and especially electricity intensity is identified as the major factor which has lead carbon emissions decreasing. In the supply side, the result in variations of carbon emission for electric power generation depends on the influences of fossil fuel mix, fuel intensity, generation mix and so on. As a result fuel intensity is the most negative effect on both carbon emission intensity and the amount of carbon emission while the change of generation mix has a positive effect on increasing carbon emissions. And to conclude it needs to make the strategic policies to improve electricity intensity in the demand and to rise emission efficiency as well as to substitute thermal power generation in supply side.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.17-20
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• 2006

한국에너지기술연구원에서는 가정용 고분자연료전지 열병합 발전시스템을 위한 통합형 천연가스 연료처리 시스템을 개발해 왔다. 가정용 시스템으로서 필수적인 소형화와 고효율을 현실화하기 위해, 연료처리 시스템의 각 단위 공정 즉 수증기 개질, 수성가스 전이, 선택적 산화 공정 등을 이중 동 심관형 반응기에 통합하여 상호 열교환이 용이하도록 반응기를 설계하였다. 현재 시험 운전 중인 Prototype-I 연료 처리 시스템은 1kW급 고분자 연료전지 열병합 발전 시스템에 개질 가스를 공급하기 위해 설계되었으며, 기초 성능은 정격 부하 운전시 열효율 78% (HHV 기준), 메탄 전환율 91%이다. 개질 가스 내 일산화탄소 농도는 고분자 연료전지 전극의 피독을 피하기 위해 10ppm 이하로 유지되어야 하며, Prototype-I 연료 처리 시스템은 백금과 루테늄 촉매를 적용한 선택적 산화 반응기를 통해 개질 가스 내 일산화탄소 농도를 10ppm 이하로 제거하였다. 일반 가정에서는 고분자 연료전지 시스템의 부하 변동이 예상되기 때문에 연료 처리 시스템의 부하 변동 운전 특성도 살펴보았다 정격 부하에서 80%, 60%, 40%로 부하를 변동하며 운전하였고, 각 부하에서 안정한 메탄 전환율과 10ppm이하의 일산화탄소 농도를 보였다. 80%까지는 열효율이 77%로 큰 변화를 보이지 않았으며, 60%에서는 76%, 40%에서는 72%로 열효율이 감소하는 현상을 보였다 연료 처리 시스템의 일일 시동-정지 운전시 내구성을 테스트 중이다. 현재까지 50여회의 일일-시동 정지를 시도하였다 시동 후 약 세 시간가량의 정력 부하 운전을 실시한 후 부하 변동을 실시하였고, 총 운전 시간 8시간 정도 운전한 후 시스템을 정지하였다 메탄 전환율과 일산화 탄소 농도, 열효율을 모니터링 하고 있으며, 현재까지 초기 성능을 그대로 유지하고 있다. 앞으로 일일시동-정지 운전 시험을 지속하면서 초기 시동 특성 및 부하 변동에 따른 응답 특성 개선, 그리고 연료전지와의 연계 운전을 실시할 예정이다

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.33 no.6
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• pp.723-732
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• 2022

Cracking ammonia inside solid oxide fuel cell (SOFC) stack is a compact and simple way. To prevent sharp temperature fluctuation and increase cell efficiency, the decomposition reaction should be spread on whole cell area. This leading to a question that, how does anode thickness affect the conversion rate of ammonia and the cell voltage? Since the 0D model of SOFC is useful for system level simulation, how accurate is it to use equilibrium solver for internal ammonia cracking reaction? The 1D model of ammonia fed SOFC was used to simulate the diffusion and reaction of ammonia inside the anode electrode, then the partial pressure of hydrogen and steam at triple phase boundary was used for cell voltage calculation. The result shows that, the ammonia conversion rate increases and reaches saturated value as anode thickness increase, and the saturated thickness is bigger for lower operating temperature. The similar cell voltage between 1D and 0D models can be reached with NH₃ conversion rate above 90%. The 0D model and 1D model of SOFC showed similar conversion rate at temperature over 750℃.