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1개방 공간에서 발생하는 수소-공기 혼합 가스 폭연에 대한 실험적/해석적 연구

저자 : 김양균 ( Yangkyun Kim ) , 박병직 ( Byoung Jik Park )

발행기관 : 한국안전학회(구 한국산업안전학회) 간행물 : 한국안전학회지(구 산업안전학회지) 36권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 64-71 (8 pages)

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Experimental and analytical investigations are performed to explore the explosion characteristics of a hydrogen-air mixture in open atmosphere. A hydrogen- air mixture tent of total volume of 27 ㎥, with 40% hydrogen volume, is used to observe overpressure at a distance from the ignition source. Vapor cloud explosion analyses are performed using the TNO multi-energy model and Baker-Strehlow-Tang model. The results of these analyses are compared with experiment done from this study and references. The experimental results with and without obstacles indicate that the overpressure values measured at a distance of 4.5-21.5 m from the ignition source are about 9.4-3.6 kPa and 6.5-2 kPa, respectively. This implies that the overpressure with obstacles is approximately 1.7 times greater than that without obstacles. Analytical observation indicates that the results obtained with the Baker-Strehlow-Tang model with Mf = 0.2-0.35 are in good agreement with those of most of the previous studies, including that obtained from this study. Moreover, the TNO multi-energy model with a volume of 27 ㎥ well predicts the overpressure obtained from this study. Further studies should considered explosions in semi-confined spaces, which is more suitable for hydrogen refueling stations.

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2수소 충전소 최적 위치 선정을 위한 기계 학습 기반 방법론

저자 : 김수환 ( Soo Hwan Kim ) , 류준형 ( Jun-hyung Ryu )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 4호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 573-580 (8 pages)

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최근 석유를 대체할 수송 에너지원으로 수소에 대한 관심이 커지고 있다. 수소의 장점을 극대화하기 위해서는 수소 충전소가 많이 보급되어야 한다. 본 논문은 수소 충전소를 보다 가깝게 이용 할 수 있는 최적 위치 선정 방법론을 제안하였다. 기존 에너지의 공급처인 주유소와 천연가스 충전소의 위치를 우선 참고하고, 인구, 등록 차량 수 등의 데이터를 추가 반영하여 수소자동차의 예상 충전 수요를 계산하였다. 기계 학습(machine learning) 기법 중 하나인 k-중심자 군집화(k-medoids Clustering)를 이용하여 예상 수요에 대응하는 최적 수소 충전소 위치를 계산하였다. 제안된 방법의 우수성은 서울의 사례를 통해 수치적으로 설명하였다. 본 방법론과 같은 데이터 기반 방법은 향후 수소의 보급 속도를 높여 환경친화적인 경제 체계를 구축하는데 기여할 수 있을 것이다.


Hydrogen emerged as a sustainable transport energy source. To increase hydrogen utilization, hydrogen refueling stations must be available in many places. However, this requires large-scale financial investment. This paper proposed a methodology for selecting the optimal location to maximize the use of hydrogen charging stations. The location of gas stations and natural gas charging stations, which are competing energy sources, was first considered, and the expected charging demand of hydrogen cars was calculated by further reflecting data such as population, number of registered vehicles, etc. Using k-medoids clustering, one of the machine learning techniques, the optimal location of hydrogen charging stations to meet demand was calculated. The applicability of the proposed method was illustrated in a numerical case of Seoul. Data-based methods, such as this methodology, could contribute to constructing efficient hydrogen economic systems by increasing the speed of hydrogen distribution in the future.

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3핵융합 공정주기에서의 생산 계획 최적화

저자 : 이서영 ( Suh-young Lee ) , 하진국 ( Jin-kuk Ha ) , 이인범 ( In-beum Lee ) , 이의수 ( Euy Soo Lee )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 58권 4호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 596-603 (8 pages)

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본 연구에서는 화학공정 최적화에 사용되는 생산계획최적기법을 도입하여 핵융합 공정에서의 삼중수소 재고량을 최소로 유지하는 수학적 모델을 구축하여 최적 운전 시나리오를 도출하였다. 핵융합 발전을 위한 공정 중 연료주기 공정(fuel cycle)은 반응연료인 중수소와 삼중수소를 저장 하고 공급하는 시스템과 핵융합 반응 배가스로부터 이를 회수 및 분리하는 세부 공정들로 구성되어 있다. 이들 공정들은 삼중수소가 방사성 물질이라는 것을 제외하면 대부분 촉매반응과 분리공정으로 이루어져 화공플랜트에 적용된 기술과 유사한 특성이 많아 화학공정에 사용되는 스케줄링 기법을 통해 최적 운전 시나리오를 도출 가능하다. 본 연구에서는 핵융합로의 다양한 장치의 특성을 반영해서, 펌프내부의 삼중수소량을 최소로 하는 최적 재생주기를 구하고, 구해진 최적 재생주기 결과를 반영하여 후단의 트리튬 플랜트에서의 최적 운전 시나리오를 확인해 보았다. 구축된 모델은 실제 토카막 시나리오에 적용되어 ITER 연료주기 내 공정의 연료흐름 및 밸런스 분석에 활용되었다.


In this study, a mathematical model for optimal operation of the fusion fuel cycle is developed based on scheduling approach. The fusion fuel cycle consists of a system for storing and supplying deuterium and tritium, and receiving and separating process after the fusion reaction. Except that tritium is a radioactive material, most of these processes consist of catalytic reactions and separation process. For these reasons, it is possible to apply scheduling approach which is also widely utilized to chemical plants to derive the optimal operating scenarios. The developed model determined the optimal regeneration cycle to minimize the amount of tritium inside the vacuum pumps. Based on the characteristics of various device in the fusion reactor, the optimal tritium plant operation scenario is evaluated. The formulated model was applied to the actual tokamak scenario and utilized to analyze the fuel flow and balance of ITER fuel cycle.

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4코로나19 전환기 러시아 석유ㆍ가스 산업의 현황과 전망

저자 : 盧辰瑄 ( Jin Sun Roh )

발행기관 : 한양대학교 아태지역연구센터 간행물 : 중소연구 44권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 217-252 (36 pages)

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2020년 세계에너지 시장은 코로나바이러스 확산으로 선포된 세계적인 락다운(Lockdown)에 따른 경제활동 제약으로 큰 타격을 받았다. 따라서 러시아의 석유·가스 산업도 영향을 받았으며, 이는 한-러 에너지 협력에도 영향을 미칠 것으로 예상된다. 본 연구는 코로나 사태 이후 세계에너지 시장 변화에 따른 러시아 석유·가스 산업의 현황과 최근 6월 발표된 러시아의 에너지 전략을 분석하였다. 러시아는 지난해부터 시작된 석유·가스 공급 과잉과 더불어, 올해 코로나19 바이러스 확산에 따른 에너지 수요 감소의 이중고를 겪을 것으로 보인다. 또한, 코로나19 와중에 발표된 러시아 에너지 전략은 세계 에너지시장에서 러시아의 역할을 이해할 수 있게 해주는 동시에, 한국의 안정적인 에너지 협력 추진을 위해서도 반드시 고려할 필요가 있다. 최근 러시아의 주요 수출국인 유럽에서 코로나19 사태로 화석연료 수요가 감소했기 때문에, 러시아는 아태지역으로의 가스 수출 증대 계획을 지속적으로 추진할 계획이다. 더불어, 러시아가 코로나19 속 더욱 빨라질 수 있는 세계적인 에너지 전환 흐름에 어떻게 대응할 지도 주목할 필요가 있다. 러시아는 장기 에너지 전략에서 기존 화석연료 수출 증대 전략을 유지하는 가운데, 한국이 그린 뉴딜 정책과 맞물려 추진하는 수소에너지 생산, 에너지 효율 향상 등을 명시하였다. 따라서 한국은 기존의 석유·가스 부문의 협력 외에도, 장기적인 관점에서 수소 등 녹색에너지, 디지털 관련 협력을 러시아와 추진할 수 있을 것으로 전망된다.


The COVID-19 pandemic has seriously hit the global energy market as governments around the world have restricted the freedom of movement, causing a deterioration in the global economy. The impact on the Russian oil and gas industry is profound, thus it is likely to affect the Korea-Russia energy cooperation. This article analyzes the Russian oil and gas industry in response to changes in the global energy market and the Russian Energy Strategy released in June this year. Russia might suffer from the double whammy of oversupplies and reduced demand for oil and gas due to the COVID-19 pandemic. The Russian energy export strategy should be considered not just for understanding the position of Russia in the global energy market, but for Korea-Russia energy cooperation strategy in the future. As fossil fuel demand has declined in Europe, the biggest export market for Russia, Russia will continue pursuing the gas export strategy to the Asian-Pacific region. Furthermore, we particularly need to pay attention to how Russia will deal with the global energy transition that can be accelerated during the COVID-19 pandemic. The Russian Energy Strategy states that Russia will maintain its fossil fuel-driven export growth strategy and increase hydrogen production and energy efficiency. South Korea is also pursuing to increase the production of hydrogen and energy efficiency as part of its Green New Deal policy. This can be an extension of the common ground for the Republic of Korea for continued cooperation with the Russian oil and gas industry, and in the longer term, it can encourage green energy and digital cooperation with Russia.

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5폐콘크리트를 매립가스(LFG) 배제층으로 활용한 황화수소(H2S)의 저감 특성 연구

저자 : 오화수 ( Hwa-soo Oh ) , 김형수 ( Hyung-soo Kim ) , 이재영 ( Jai-young Lee ) , 노연희 ( Yeon-hee Ro ) , 정우진 ( Woo-jin Chung )

발행기관 : 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 간행물 : 한국폐기물자원순환학회지 37권 7호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 502-511 (10 pages)

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In this study, the feasibility of using waste concrete as a cover material to remove hydrogen sulfide (H2S) from landfill gas was evaluated. The waste concrete composed of alkaline earth metal-based compounds was applied as a H2S adsorbent owing to its high ion exchange capacity. The H2S adsorption amount and breakthrough characteristics with relation to the temperature of the waste concrete and the flow rate of H2S were examined by applying the Adam-Bohart, Tomas, and Yoon-Nelson models. The highest adsorption amount of H2S per unit mass of waste concrete was achieved at 40℃ with a flow rate of H2S of 100 mL/min. The Tomas and Yoon-Nelson models showed an R2 of 0.9601. A basic study was conducted on the H2S adsorption by waste concrete as the cover material.

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6매립가스(LFG) 최적이용을 위한 In-situ 황화수소(H2S) 저감 연구

저자 : 오화수 ( Hwa-soo Oh ) , 김형수 ( Hyung-soo Kim ) , 박정현 ( Jung-hyun Park ) , 이영민 ( Young-min Lee )

발행기관 : 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 간행물 : 한국폐기물자원순환학회지 37권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 141-150 (10 pages)

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The traditional single vertical landfill gas collection system applied to landfills in the Republic of Korea does not efficiently extract the landfill gas. In addition, the system inefficiently treats hydrogen sulfide. This study shows that an efficient, environmentally friendly, and economically-feasible outcome can be achieved by installing an in-situ layer (waste concrete) that can remove hydrogen sulfide from the landfill.

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72상 혐기성 소화 공정으로부터 바이오가스의 생산과 바이오가스의 개질반응을 통한 수소생산 연구

저자 : 박민주 ( Min-ju Park ) , 장원준 ( Won-jun Jang ) , 정대운 ( Dae-woon Jeong )

발행기관 : 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 간행물 : 한국폐기물자원순환학회지 37권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 51-61 (11 pages)

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The production and reforming of biogas from food waste (FW) to produce hydrogen was investigated. First, two-phase anaerobic digestion was used to produce the biogas. The anaerobic digestion process was stable over a 60-day period and did not accumulate VFAs. Biogas production rates varied from 38.1 L/kg FW to 84.1 ± 1.7 L/kg FW, while CH4 and CO2 concentrations fluctuated between 43 ~ 64% and 36 ~ 56%, respectively. Second, the carbon dioxide reforming (CDR) reaction was performed to reform the biogas, which consisted of a 50/50 mixture of CH4 and CO2. A Ni-Ce0.8Zr0.2O2 catalyst was prepared by the co-precipitation method, and CDR was performed at T=600-800℃, CH4: CO2: N2=1 : 1 : 3, and GHSV 480,000 h-1 in a fixed-bed catalytic reactor. The CDR reaction is activated with increasing temperature of reaction. Especially concentration of H2 was highest as 24.6% at 800℃. The catalyst deactivated with time, which correlated with sintering and carbon deposition on the catalyst.

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8Type Ⅲ 수소 저장 용기에서 가스 모델(gas model)에 따른 배출(discharge) 현상의 수치 해석적 연구

저자 : 김무선 ( Moo-sun Kim ) , 류준형 ( Joon-hyoung Ryu ) , 정수연 ( Su Yeon Jung ) , 이성우 ( Seong Woo Lee ) , 최성웅 ( Sung Woong Choi )

발행기관 : 한국수소및신에너지학회(구 한국수소에너지학회) 간행물 : 한국수소 및 신에너지학회논문집 31권 6호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 558-563 (6 pages)

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Hydrogen is attracting attention as an alternative energy source as an eco-friendly fuel without emitting environmental pollutants. In order to use hydrogen as an energy source, technologies such as hydrogen production and storage must be used, and new storage methods are being studied. In this study, the behavior of hydrogen in the storage tank were numerically studied under high-pressure hydrogen discharge conditions in a Type III hydrogen tank. Numerical results were compared with the experimental value and the results were quantitatively analyzed to verify the numerical implementation. With the results of pressure and temperature values under a given discharge condition, the Redich-Kwong gas model showed the adequate models with the smallest error between numerical and experimental results.

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9수소 분리 응용을 위한 폴리벤즈이미다졸 기반 분리막의 연구 동향

저자 : 김지현 ( Ji Hyeon Kim ) , 김기현 ( Kihyun Kim¸ ) , 남상용 ( Sang Yong Nam )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 453-466 (14 pages)

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에너지 부족 및 환경 오염위기를 극복하기 위해 친환경 에너지에 대한 수요가 증가함에 따라 잠재적인 해결책으로 수소 경제가 제안되고 있다. 이에 따라 경제적이고 효율적인 수소 생산은 필수적인 산업공정으로 여겨지고 있으며, 연소 전 석탄의 가스화 또는 천연가스 개질반응에 의해 생성된 합성가스에서 H2를 정제하는 동시에 CO2를 포집하는 H2/CO2 분리에 수소 분리막을 적용하는 연구가 지속되고 있다. 고온 환경에서 H2에 선택적인 유리질 고분자 막은 CO2 포집 성능의 잠재력을 갖추고 있으며, 에너지 및 비용 면에서 효율적인 시스템이다. 폴리벤즈이미다졸(PBI) 기반 수소 분리막은 고온의 구동 조건에서도 탁월한 화학적·기계적 안정성을 보여주고 있어 고 성능의 PBI 수소 분리막 개발이 최근 급속도로 진행되고 있다. 본 총설에서는 산업적으로 적용 가능성이 있는 수소 분리막 개발을 위해 PBI를 기반으로 한 구조 변형 막, 가교 막, 혼합 막, 탄화 막의 최근 발전에 대하여 중점적으로 다루고 있다.


As the demand for eco-friendly energy increases to overcome the energy shortage and environmental pollution crisis, hydrogen economy has been proposed as a potential solution. Accordingly, an economical and efficient hydrogen production is considered to be an essential industrial process. Research on applying hydrogen separation membranes for H2/CO2 separation to the production of highly concentrated hydrogen by purifying H2 and capturing CO2 simultaneously from synthetic gas produced by gasification is in progress nowadays. In high temperature environments, the membrane separation process using glassy polymeric membrane with H2 selectivity has the potential for CO2 capture performance, and is an energy and cost effective system since polybenzimicazole (PBI)-based separators show excellent chemical and mechanical stability under high-temperature operation conditions. Thus, the development of high-performance PBI hydrogen separators has been rapidly progressing in recent years. This overview focuses on the recent developments of PBI-based membranes including structure modified, cross-linked, blended and carbonized membranes for applications to the industrial hydrogen separation process.

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10플라즈마-축열버너 부분산화 개질장치

저자 : 안준 ( June An ) , 전영남 ( Young Nam Chun )

발행기관 : 한국수소및신에너지학회(구 한국수소에너지학회) 간행물 : 한국수소 및 신에너지학회논문집 32권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 68-76 (9 pages)

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Climate change problems occur during the use of fossil fuel and the process of biogas production. Research continues to convert carbon dioxide and methane, the major causes of climate change, into high-quality energy sources. in order to present the performance potential for the novel plasma-recuperative burner reformer, the reforming characteristics for each variable were indentified. The optimal operating condition of was an O2/C ratio of 1.0 and a total gas supply of 20 L/min. At this time, CH4 conversion was 64%, H2 selectivity was 39%, and H2/CO ratio was 1.13, which were the results applicable to the solid oxide fuel cell fuel stack for RPG, or Residential Power Generator. Recirculation of reformed gas increases the amount of H2 and CO, which are combustible gases, especially the amount of H2. As a result, the H2 selectivity is improved, and high-quality gas can be produced.

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