전기화학적 이산화탄소 환원을 통한 일산화탄소 생산 공정의 전과정평가 : 온실가스 저감 잠재량 분석

노고산 한국청정기술학회 2022 청정기술 Vol.28 No.1

Electrochemical carbon dioxide (CO2) reduction technology, one of the promising solutions for climate change, canconvert CO2, a representative greenhouse gas (GHG), into valuable base chemicals using electric energy. In particular, carbonmonoxide (CO), among various candidate products, is attracting much attention from both academia and industry because of itshigh Faraday efficiency, promising economic feasibility, and relatively large market size. Although numerous previous studieshave recently analyzed the GHG reduction potential of this technology, the assumptions made and inventory data used are neitherconsistent nor transparent. In this study, a comparative life cycle assessment was carried out to analyze the potential for reducingGHG emissions in the electrochemical CO production process in a more transparent way. By defining three different systemboundaries, the global warming impact was compared with that of a fossil fuel-based CO production process. The resultsconfirmed that the emission factor of electric energy supplied to CO2-electrolyzers should be much lower than that of the currentnational power generation sector in order to mitigate GHG emissions by replacing conventional CO production withelectrochemical CO production. Also, it is important to disclose transparently inventory data of the conventional CO productionprocess for a more reliable analysis of GHG reduction potential. 전기화학적 이산화탄소 환원 기술은 전기에너지를 이용하여 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 유용한 기초 화학제품으로전환시킬 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 종류의시스템 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.

일산화탄소 산화를 위한 PtRu/C 시리즈 촉매의 합성 및 특성 연구

이선화(Seonhwa Lee),최승목(Sung Mook Choi),김원배(Won Bae Kim) 한국청정기술학회 2012 청정기술 Vol.18 No.4

연료전지용 고효율 촉매전이 반응의 일산화탄소 저감

박헌(Heon Park),김성천(Seong Cheon Kim),전영남(Young Nam Chun) 大韓環境工學會 2007 대한환경공학회지 Vol.29 No.5

탄화수소계열의 연료로부터 고순도 수소를 생산하는 것은 연료전지의 효율적인 운전과 밀접하다. 일반적으로 대부분의 탄화수소연료에서 수소를 생산하는 과정은 수소, 일산화탄소, 이산화탄소와 수증기혼합물이 생성되는 개질과정 및 일산화탄소를 저감하는 전이반응과 선택적 산화반응 과정으로 구성되어있다. 전이반응은 일산화탄소를 이산화탄소로 전환하는 동시에 수소가 생성되는 고온전이와 저온전이로 구성된 두 단계의 촉매전환 공정이다. 전이반응은 개질가스를 고온전이 반응에서 일산화탄소를 3∼4%까지 낮추며 저온전이 반응에서 0.5%까지 저감한다. 본 연구에서 개질가스 중 일산화탄소를 0.5% 이하로 저감하기 위하여 전이반응기 설계 및 실험을 진행하였다. 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 H₂, CO, CO₂ and H₂O(steam) followed by water gas shift(WGS) and CO clean-up steps. The WGS reaction that shifts CO to CO₂ and simultaneously produces another mole of H₂ was carried out in a two-stage catalytic conversion process involving a high temperature shift(HTS) and a low temperature shift(LTS). In the WGS operation, gas emerges from the reformer is taken through a high temperature shift catalyst to reduce the CO concentration to about 3~4% followed to about 0.5% via a low temperature shift catalyst. The WGS reactor was designed and tested in this study to produce hydrogen-rich gas with CO to less than 0.5%.

배출량 분포에 따른 대구시 일산화탄소 측정망 위치의 적절성 평가

김효정,조완근 대한공간정보학회 2012 Spatial Information Research Vol.20 No.2

Air quality in Daegu area is lower compared to many other cities, since Daegu is a basin surrounded by mountains. Accordingly, the present study investigated the location of carbon monoxide(CO) monitoring stations for systematic CO pollution management on the basis of the CO emission distribution in Daegu area. In order to achieve this purpose, the location of CO monitoring stations, which can be used for the establishment of CO management, were assessed. Emission map in Daegu area was prepared using numerical map and Clean Air Policy Support System(CAPSS) data supplied by the Ministry of Environment. Average emissions were estimated by dividing emission sources into four subgroups(roadway, apartment, industry, and municipal incineration facility) according to legal division. The CO emission intensities were subdivided into 10, which a high number represents a high emission intensity, and the current monitoring stations were evaluated for the determination of their steps in CO emission intensities. As a result, additional installation of monitoring stations were suggested for the high CO emission areas rather than the low CO emission areas. A systematic CO management strategy would be established by the supplying various principle CO data when the CO monitoring stations are additionally installed at Kukwudong and other six sites on the basis of analyses of data obtained from 1999 to 2007. 대구지역은 주위가 산으로 둘러싸인 분지형 도시이기 때문에 대기 환경 쾌적성이 타 도시 보다 낮은 편이다. 따라서 본 연구에서는 대구지역 자동대기오염측정소의 위치를 일산화탄소(CO) 배출량 분포에 기초하여 CO를 체계적으로 관리하기위한 적합한 장소에 대해 조사하였다. 이를 위하여 현재 대구지역 CO 관리정책 수립에 기초자료를 제공하는 자동대기측정소의 위치 적절성에 대하여 평가하였다. 대구시 수치지도와 환경부에서 제공하는 CAPSS(대기정책지원시스템;Clean Air Policy Support System) 자료를 활용하여 배출량 지도를 작성하였다. 도로, 아파트, 공장, 소각장 4가지로 구분하여 배출량을 입력한 뒤 법정동별 평균 배출량을 산출하였다. CO 배출지역을 고 배출량 지역과 저 배출량 지역 10단계로 구분하고 현재 측정소가 어느 단계에 해당하는지 조사하였다. 결과적으로, 저 배출량 지역 보다는 CO 고 배출량 지역에 해당하는 측정소가 부족한 것으로 나타났다. 특히, 1999년부터 2007년까지 공통적으로 추가 설치가 필요하다고 나온 국우동 외 6곳에 CO 측정망이 설치된다면 보다 다양한 기초 자료의 제공으로 체계적인 CO 관리가 가능할 것으로 판단된다.

Pt/TiO₂ 촉매에서의 NO 피독에 의한 CO 산화반응특성 연구

김민수(Min Su Kim),김세원(Se Won Kim),홍성창(Sung Chang Hong) 한국청정기술학회 2019 청정기술 Vol.25 No.4

일산화탄소의 선택적 산화반응을 위한 Cu/Ce<SUB>x</SUB>Zr<SUB>1-x</SUB>O₂ 촉매의 합성과 특성분석

이소연(So-Yeon Lee),이석희(Suk-Hee Lee),천재기(Jae-Kee Cheon),우희철(Hee-Chul Woo) 한국청정기술학회 2007 청정기술 Vol.13 No.1

폴리아마이드 복합막을 이용한 일산화탄소 및 수소 혼합가스의 분리특성에 대한 온도의 영향

최경석(Kyung Seok Choi),Jeeban Poudel,오세천(Sea Cheon Oh) 한국청정기술학회 2012 청정기술 Vol.18 No.4

일산화탄소 제거를 위한 구슬형태(bead) 금-세리아-이산화티탄 촉매 제조

김지율,주지봉,박일건,김나연 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1

산업의 발전과 더불어 다양한 화학안전사고가 발생하고 있다. 그 중 화학공정에서 발생되는 일산화탄소와 같은 유독가스 누출은 인간에게 치명적일수 있어 많은 관심이 집중되고 있다. 일산화탄소를 제거하는 방법에는 흡착, 촉매산화 방법이 대표적으로 사용되며, 그 중 금 나노 입자가 고분산된 촉매를 이용하는 촉매산화반응의 경우, 일산화탄소 산화반응 성능이 매우 좋다고 알려져 있다. 또한, 제조된 촉매를 실제 공정에 적용하기 위해서는, 압력강하를 최소화하고, 반응물의 확산 및 표면반응을 최대화 시킬 수 있는 모양으로 성형된 형태로 제조되어야 한다. 본 연구에서는 뛰어난 일산화탄소 산화능력을 가지고 있는 것으로 알려진 금(Gold)촉매를 이산화티탄과 세리아에 혼합 산화물 담체에 담지하여 구슬형태(bead)의 촉매를 합성하였다. 합성된 구슬형태 금-세리아-이산화티탄을 이용하여 일산화탄소 제거 실험을 진행하였으며, 실험실 규모 급 산화공정에서 뛰어난 촉매성능을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

휴대용 PEMFC 시스템 적용을 위한 CO 저감기 개발

김경태(Kim, Kyung-Tae),전진혁(Jun, Jin-Hyuk),한가영(Han, Ga-Young),이현진(Lee, Hyun-Jin),이상도(Lee, Sang-Do) 한국신재생에너지학회 2006 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2006 No.11

고분자전해질형 연료전지(PEMFC)는 다른 연료전지에 비해 소형전원에서부터 분산용전원에 이르기 까지 넓은 응용범위를 가지고 있다. 이러한 PEMFC의 응용범위 중 메탄올 개질반응을 통하여 발생된 수소를 이용하는 휴대용 PEMFC 시스템의 경우, 개질 시 발생하는 일산화탄소가 백금촉매를 피독시켜 연료전지의 성능을 저하시키는 주요 원인이다. 따라서 연료전지의 성능저하를 막기 위해서는 개질가스의 일산화탄소의 농도를 10ppm이하로 낮추는 것이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 개질가스의 일산화탄소 농도를 낮추기 위한 반응기를 설계 및 제작하였으며, 상용촉매를 사용하여 CO저감 성능실험을 하였다. 또한, PROX 촉매 및 methanation 촉매를 조합하여 사용함으로써 140?C{sim}190?C (약 50?C)의 온도범위에서 일산화탄소의 농도 10ppm이하의 결과를 나타내었다.

카본블랙을 혼화재료로 사용한 콘크리트의 특성 분석

류현기,권용주 한국건축시공학회 2010 한국건축시공학회지 Vol.10 No.2

The purpose of this study is to determine the possibilities of blending carbon black, which is known for its permeability as well as its strong heat and fire resistance, into concrete, in a manner that reinforces its strengths mentioned above. Experiments show that in non-solidified, fresh-mixed concrete, the addition of carbon black effectively reduced slump level and air content due to its absorptiveness and minute particle size. It also showed good results in terms of coagulation time, penetration resistance and bleeding level. In solid concrete, it showed better strength than plain concrete. Due to the pozzolanic reaction, its strength became more pronounced over time. At approximately 850 degrees Celsius, the heat and fire resistance level increased in parallel to the level of chemical substitution (by carbon black). Drying shrinkage level appeared to be optimal, and environmental assessment test results related to CO, CO2 and formaldehyde also scored better than plain concrete. In summary, with the appropriate use of AE water-reducing agents, carbon black can prove to be a strong candidate as an ingredient for industry-grade concrete. 본 연구에서는 흡착 및 내열, 내화성이 우수한 카본블랙을 이용하여, 콘크리트의 제반성능을 파악하여, 콘크리트용 혼화재료로써 활용가능성 여부를 판단하고자 함이 본 연구의 목적이다. 실험결과 굳지 않은 콘크리트에서는 흡수율 및 미립분의 카본블랙의 충전효과로 인하여 슬럼프증가 및 공기량 감소를 나타내었으며, 블리딩, 관입저항에 의한 응결시간은 양호한 결과로 나타났다. 또한 경화콘크리트의 강도 특성에는 Plain보다 높은 강도를 나타내었으며, 포졸란 반응에 의해 장기강도로 갈수록 강도 발현이 높게 나타났다. 또한 약 850℃내외의 가열 후의 압축강도에서 치환율이 증가할수록 내화, 내열성이 높게 나타났으며, 건조수축 역시 양호하게 나타났고, CO, CO2, 포름알데히드의 환경성 평가도 Plain보다 양호한 결과로 나타났다. 이상 결과를 종합하면, 고강도의 배합설계를 고려한 적절한 AE감수제를 사용할 경우 카본블랙이 콘크리트용 혼화재로써 사용이 가능할 것으로 판단된다.