마이크로웨이브 가열 바이오 활성탄 수용체 이산화탄소 에너지 전환

송희관,김은혁,전영남 한국기후변화학회 2019 한국기후변화학회지 Vol.10 No.4

In order to address the energy storage and greenhouse gas problem, experiments were carried out on a laboratory scale to understand the characteristics of microwave‐heating CO2 gasification using a carbon receptor and the possibility of conversion to chemical energy. For this purpose, the conversion of CO2 and the characteristics of the generated gas were investigated using coconut shell activated carbon. In the case of microwave‐heating conversion using a carbon receptor, carbon dioxide could be converted to carbon monoxide fuel by gasification reforming using fixed carbon in the carbon receptor. In this study, the effects of gasification temperature, gas residence time, and process gas temperature on carbon dioxide gasification were investigated and the optimal conditions established for each factor.

마이크로파 가열에 의한 탄소물질의 CO2 가스화

송희관,김은혁,전영남 한국수소및신에너지학회 2019 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.30 No.1

Recently, the gradual increase in energy acceptance is mostly satisfied by fossil fuels, but research and development of renewable energy sources are attracting attention due to fossil fuel supply and greenhouse gas problem. The disadvantage is that renewable energy can not be produced continuously. This being so, energy storage is an important technology in renewable energy. In this study, microwave was used to convert carbon receptor-carbon dioxide to gas fuel.

마이크로파 가열 탄소 수용체의 바이오 가스 개질 전환 특성

송희관(Hee Gaen Song),전영남(Young Nam Chun) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회지 Vol.42 No.2

목적 : 메탄(CH₄)과 이산화탄소(CO₂)는 바이오 가스의 주성분이자 바이오매스 가스화에서 생성된다. 이 가스는 에너지원으로 사용 가능한 부생가스이며 아울러 지구온난화에 미치는 온실가스이다. 이와 같이 지구온난화 주원인 가스를 양질의 연료 에너지로 전환하고자 마이크로웨이브 개질특성 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 마이크로 웨이브 탄소 수용체 열분해-가스화 생성가스의 개질특성을 파악하였다. 그리고 주요 영향변수인 개질 온도, 체류시간, CH₄/CO₂비 변화에 따른 개질가스 전환특성에 대해 연구하였다. 방법 : 실험은 석영관 반응기가 설치된 마이크로웨이브 전환기 내에서 이루어졌다. 반응기는 그 중앙에 샘플바스켓이 위치되어 있고 그 안에 탄소수용체를 담아 마이크로웨이브에 의한 가열을 시켰다. 메탄과 이산화탄소를 혼합한 모사가스를 반응기로 공급하여 수용체 층을 통과시키면서 개질된 생성가스를 포집하여 GC-TCD를 사용하여 분석하였다. 결과 및 토의 : 이산화탄소와 메탄의 혼합가스를 탄소 수용체를 이용한 마이크로웨이브 개질의 경우 메탄의 열적분해 반응에 의해 수소와 탄소가 생성되었다. 생성된 탄소는 수용체에 흡착되어 촉매 활성을 방해하는데 이산화탄소의 가스화 반응에 의해 흡착된 탄소와 반응하여 일산화탄소를 생성하고 클리닝이 되어 일정한 개질 전환이 유지 되었다. 결론 : 연구 결과 수용체 배드 개질 온도가 높은 경우와 배드 체류시간이 큰 경우 전환율과 생성가스 수율이 높은 것이 확인되었다. 그리고 처리가스 중 메탄이 증가할 경우 탄소흡착으로 인해 전환율이 낮았다. Objectives : Methane (CH₄) and carbon dioxide (CO₂) are the main components of biogas and are produced from biomass gasification. These two gases are a by-product gases that can be used as an energy source and is known as a greenhouse gas that affects global warming. In order to convert the gas which is the main cause of global warming into high-quality fuel energy, the microwave reforming characteristic research was conducted. In this study, the reforming characteristics of microwave carbon receptor pyrolysis-gasification gas were investigated. In addition, reforming gas conversion characteristics according to the reforming temperature, flow rate, and CH₄ / CO₂ ratio, which are the main influence variables, were studied. Methods : Experiment was achieved in a microwave convertor which was installed a quartz tube reactor. The reactor was irritated by a microwave energy to heat carbon receptor in a sample basket which was placed at the center of the quartz tube. A simulated gas mixture of methane and carbon dioxide was fed into the carbon receptor in the reactor, and a reformed product gas was collected and analyzed using a GC-TCD. Results and Discussion : In the case of microwave reforming of a mixture gas of carbon dioxide and methane, hydrogen and carbon was produced by thermal decomposition of methane. The produced carbon was adsorbed to the receptor and interfered with the catalytic activity. The attached carbon was reacted with the carbon dioxide by gasification reaction to produce carbon monoxide, and was cleaned to maintain a constant reforming conversion. Conclusions : As a result, the conversion rate and the product gas yield were high when the receptor bad reforming temperature was high and the space velocity in the convertor was low. The increase in methane in the simulated gas resulted in low conversion due to carbon adsorption.

플라즈마 산화분해-탄화물 가스화 전환에 의한 태양연료 생산

송희관(Hee gaen Song),김하진(Ha Jin Kim),전영남(Young Nam Chun) 한국신재생에너지학회 2020 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.8

마이크로파 가열 탄소 수용체 바이오 가스 개질 특성

송희관(Hee Gaen Song),김하진(Ha Jin Kim),전영남(Young Nam Chun) 한국신재생에너지학회 2020 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.8

슬러지 촤 마이크로웨이브 CO₂ 가스화와 순산소-스팀 연소

송희관(Hee Gaen Song),김은혁(Eun Hyuk Kim),박나형(Na Hyeong Park),조연경(Yeon Gyeong Jo),전영남(Young Nam Chun) 한국에너지기후변화학회 2018 에너지기후변화학회지 Vol.13 No.2

The studies on carbon dioxide microwave conversion for sewage sludge were carried out in order to secure a biomass waste to energy conversion technology. The microwave reforming was applied a biomass char as a carbon receptor. The carbon dioxide (CO₂), which is a main greenhouse gas, was converted to carbon monoxide (CO) fuel by the microwave reforming with fixed carbon among the carbon acceptors. The maximum CO₂ conversion rate was 74%. In order to use the biomass char as a pulverized carbonized fuel, an oxyfuel-steam combustion technique was applied. Numerical calculations were carried out for changes in the amount of oxygen or steam feed to determine the combustion characteristics. As the amount of oxygen feed was increased, the combustion temperature remained constant after showing the initial temperature increase rapidly. Residual char and carbon monoxide also increased in relative good combustion, and then they were extinguished and decreased respectively after the initial productions. When the amount of steam feed was increased, the temperature increase rate and the maximum temperature were relatively low, and the residual char and carbon monoxide were reduced to the latter half and then decreased respectively.

플라즈마 산화분해-탄화물 가스화 전환에 의한 태양연료 생산

송희관(Hee Gaen Song),전영남(Young Nam Chun) 한국청정기술학회 2020 청정기술 Vol.26 No.1

화석연료의 사용과 바이오가스 생산 과정에서 공기오염과 기후변화문제가 발생된다. 기후변화 주요 원인물질인 이산화탄소와 메탄을 양질의 에너지원으로 전환하는데 연구가 지속되고 있다. 본 연구에서는 바이오가스를 양질의 에너지로 전환하고 태양광과 풍력과 같은 연속생산의 문제가 있는 재생에너지와 연계된 태양연료를 생산하기 위해 플라즈마-탄화물 전환장치를 제안하였다. 그리고 이에 대한 가능성을 제시하기 위해 바이오가스 전환에 영향을 미치는 O₂/C비, 전체가스공급량, CO₂/CH₄ 공급비의 변화에 따른 전환 및 생성가스 특성 파악하였으며 그 결과는 다음과 같다. O₂/C비가 높아질수록 메탄과 이산화탄소의 전환이 증가하였다. 전체가스공급량은 임의 특정 값에서 최대의 전환을 보였다. CO₂/CH₄ 비 감소할 때 전환율이 증가되었다. 이상의 결과로 볼 때 본 연구에서 새로이 제안된 플라즈마 산화분해-탄화물 가스화 전환에 의한 태양연료 생산의 가능성이 확인되었다. 그리고 O₂/C비가 0.8이고 CO₂/CH₄를 0.67로 하여 전체가스공급량을 40 L min<SUP>-1</SUP> (VHSV = 1.37)로 공급할 경우 이산화탄소와 메탄 전환이 최대가 되어 생성가스 중 양질의 연료인 수소와 일산화탄소로의 전환이 최대를 보였다. The use of fossil fuel and biogas production causes air pollution and climate change problems. Research endeavors continue to focus on converting methane and carbon dioxide, which are the major causes of climate change, into quality energy sources. In this study, a novel plasma-carbon converter was proposed to convert biogas into high quality gas, which is linked to photovoltaic and wind power and which poses a problem on generating electric power continuously. The characteristics of conversion and gas production were investigated to find a possibility for biogas conversion, involving parametric tests according to the change in the main influence variables, such as O₂/C ratio, total gas feed rate, and CO₂/CH₄ ratio. A higher O₂/C ratio gave higher conversions of methane and carbon dioxide. Total gas feed rate showed maximum conversion at a certain specified value. When CO₂/CH₄ feed ratio was decreased, both conversions increased. As a result, the production of solar fuel by plasma oxidation destruction-carbon material gasification conversion, which was newly suggested in this study, could be known as a possibly useful technology. When O₂/C ratio was 0.8 and CO₂/CH₄ was 0.67 while the total gas supply was at 40 L min<SUP>-1</SUP> (VHSV = 1.37), the maximum conversions of carbon dioxide and methane were achieved. The results gave the highest production for hydrogen and carbon dioxide which were high-quality fuel.

열분해 생성 타르 마이크로웨이브 가열 분해 특성

임문섭,송희관,전영남 한국폐기물자원순환학회 2017 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2017 No.11

열분해와 가스화 기술은 유기성 폐자원 또는 바이오매스로부터 에너지를 회수할 수 있는 유용한 기술로 생산된 생성가스는 연소기, 가스터빈, 엔진 등의 화석 대체연료, 연료전지 연료, 메탄올과 탄화수소의 생산, 수소 및 합성천연가스 생산 원료 등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 그러나 열분해 및 가스화 시 발생되는 가스에는 중질 탄화수소로 이루어진 타르를 포함하고 있다. 타르는 생성가스를 이용하는 후속공정에서 해결해야 할 다양한 문제를 일으키는 요인이다. 그 대표적인 예로 가스 터빈 및 내연기관에 사용하기 전에 압축 과정을 필요한데 이 과정 중 생성가스에 포함된 타르 성분은 응축되어 관로의 막힘이나 엔진 및 터빈 내부의 손상을 가져온다. 그러므로 타르의 제거는 열분해/가스화 공정에서 필요한 가스 처리기술이다. 타르의 촉매 크래킹과 개질에 의한 생성가스 전환과 같은 고온 청정가스 기술은 가스화 공정에서 타르문제를 해결하는 가장 좋은 방법으로 알려져 있다. 귀금속 촉매는 촉매 활성이 상당히 우수하나 가격이 비싸고 탄화물 참착(coke deposition)에 의한 탈활성화(deactivation)에 대하여 매우 민감한 특성을 가지고 있어 대체 방안으로 활성탄, 석탄 촤, 바이오매스 촤 등의 탄화물이 타르 크래킹이나 개질 촉매 또는 그 지지체 적용에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 상용 활성탄을 마이크로웨이브 탄소 수용체로 하여 벤젠 전환 특성을 파악하기 위하여 크래킹 분해와 이산화탄소-수증기 혼합 또는 각각에 대한 개질 전환에 대하여 실험을 진행하였다. 또한, 탄소 수용체의 촉매 담체 특성을 파악하기 위해 활성탄에 니켈과 철을 함침 코팅한 후 건조하여 만들어진 탄소 수용체 촉매에 대한 타르전환과 생성가스 특성을 파악하였다. 벤젠 전환은 크래킹만 하였을 경우 99%로 가장 크고 이산화탄소만 공급된 경우 98.5% 그 다음이고 이어서 이산화탄소-수증기가 동시에 공급된 경우 95-97% 그리고 수증기만 공급된 경우 94%의 순으로 작은 값을 가졌다. 촉매 탄소 수용체의 벤젠 전환은 이산화탄소 개질의 경우 니켈과 철 촉매 모드 미세하게 증가되었으며 H2/CO비는 감소되었으나 발열량은 증가되었다. 반면 수증기 개질의 경우 두 촉매 모두 벤젠 전환율이 다소 감소되었으나 H2/CO비와 발열량이 증가되었다.

하수슬러지 폐기물 마이크로웨이브 이산화탄소 가스화

임문섭,송희관,전영남 한국폐기물자원순환학회 2017 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2017 No.11

산업의 발달과 생활수준이 높아짐에 따라 에너지의 사용량이 증가되고 있는데 이중 대부분은 화석연료에 의해 충족되고 있다. 하지만 화석연료의 한계성과 온실가스 발생 등의 환경문제로 인해 새로운 대체 에너지 연구개발에 대한 관심이 크다. 바이오매스는 탄소중립이 가능한 친환경적 재생에너지 이다. 특히, 하수처리장에서 발생량이 지속적으로 증가되고 처리의 어려움을 가지고 있는 하수 슬러지 폐기물은 청정에너지와 자원으로 전환이 가능한 바이오매스이다. 이러한 바이오매스 폐기물의 전환기술 중 현재 관심을 가지고 연구가 진행되고 있는 것은 하수 슬러지를 열분해 또는 가스화 해서 바이오 가스, 바이오 오일, 슬러지 촤(sludge char)의 에너지를 생산하는 방법이다. 최근에는 마이크로 웨이브 가열방식에 의한 바이오매스 열적처리 방식에 대한 연구가 진행되고 있다. 마이크로웨이브 방식은 기존의 외부 열풍가열 방식과 달리 마이크로파가 직접 바이오 셀 내부로 침투해 물질분자와 원자 등을 진동시켜 직접 열을 발생시키는 유전체 가열이 진행된다. 이로 인해 기존의 가열방식에 비해 가열효율(heating efficiency)과 가열 율(heating rate)이 높고 이로 인해 가열시간이 단축되는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 슬러지 폐기물을 바이오매스-CCS 기술(biomass-CCS technology)적용을 위한 새로운 형태의 마이크로웨이브 열적처리 기술을 개발하고자 한다. 이를 위해 마이크로웨이브 유전체가열 특성을 활용하여 탈수 슬러지를 건조-가스화 연속 일체형으로 진행하는 에너지 전환 특성을 파악하였다. 가스화 실험의 경우는 연소 전 포집 기술의 이산화탄소 분리공정에서 포집된 것을 활용하는 측면에서 이산화탄소 가스화에 대한 연구를 수행하였다. 이산화탄소 가스화 시 생성물은 가스, 촤, 타르인데 그 중 가스가 가장 많이 생성되고 잔류 탄화물인 슬러지 촤(sludge char) 그리고 중질 탄화수소인 타르의 순으로 생성되었다. 가연성 생성가스(producer gas)는 주로 수소와 일산화탄소가 생성되었고 일부 메탄과 탄화수소(THCs: C2H4,C2H6,C3H8)포함되었다.

마이크로웨이브 가열에 의한 톨루엔 전환 개질 특성

임문섭(Mun Sup Lim),송희관(Hee Gaen Song),전영남(Young Nam Chun) 한국에너지기후변화학회 2017 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2017 No.11