CIGS 박막태양전지는 박막태양전지 중 최고 효율(20%)을 보이는 태양전지로 각광받고 있다. 이러한 고효율 태양전지는 Soda-lime glass 를 기판으로 사용한 경우로 기판과 CIGS층의 열팽창계수가 비슷하고 또 나트륨이 CIGS 성장시 확산하여 광흡수층에 유익한 영향을 준다고 알려져 있다. 본 실험에서는 나트륨이 함유된 소다라임유리와 거의 포함하고 있지 않은 코닝유리를 기판으로 사용하여 CIGS 광흡수층의 차이를 분석하였다. SIMS, SEM분석결과 소다라임유리의 CIGS Mo 부근과 표면부위에 Na 농도가 높으며, grain 크기가 코닝에 비해 작음을 알 수 있었다. 전기적 특성은 소다라임유리기판의 경우 p-type 농도가 코닝유리기판에 비해 약 $10^5{\sim}10^6$천배가량 높음을 확인하였다. 셀특성또한 코닝 11%, SLG는 16%로 효율차이가 발생하였으며 이는 나트륨으로 p-type 전도도가 향상되어 효율이 개선되는 것으로 판단된다.

A non-vacuum process for fabrication of $CuIn_xGa_{1-x}Se_2$ (CIGS) absorber layer from the corresponing Cu, In, Ga solution precursors was described. Cu, In, Ga precursor solution was prepared by a room temperature colloidal route by reacting the starting materials $Cu(NO_3)_2$, $InCl_3$, $Ga(NO_3)$ and methanol. The Cu, In, Ga precursor solution was mixed with ethylcellulose as organic binder material for the rheology of the mixture to be adjusted for the doctor blade method. After depositing the mixture of Cu, In, Ga solution with binder on Mo/glass substrate, the samples were preheated on the hot plate in air to evaporate remaining solvents and to burn the organic binder material. Subsequently, the resultant CIG/Mo/glass sample was selenized in Se evaporation in order to get a solar cell applicable dense CIGS absorber layer. The CIGS absorber layer selenized at $530^{\circ}C$ substrate temperature for 1h with various metal organic ratio.

CIGS 박막 태양전지는 제조단가가 낮고 박막 태양전지 중에서 변환효율이 가장 높아 발전 가능성이 큰 태양전지로 인식되고 있다. 이미 일본, 독일, 미국을 비롯한 선진국에서는 30-50 MW 급의 양산 라인이 구축되고 있어 2010년 이후에는 본격적인 상용화가 진행될 것으로 보인다. CIGS 광흡수층은 진공증발, 셀렌화, 나노입자, 전기도금등 다양한 방식으로 제조가 가능한데 이 중에서도 동시진공증발공정은 고효율 CIGS 박막 태양전지 제조에 적합하다. 본 연구에서는 동시진공증발법을 이용하여 CIGS 박막을 증착하였으며 소다회유리/Mo/CIGS/CdS/i-ZnO/n-ZnO/Al/AR 구조의 태양전지를 제조하였다. 기판온도 모니터링을 통한 Cu 이차상 조절 기술을 이용하여 결정립이 매우 큰 CIGS 박막을 증착하였으며 Ga/(In+Ga) 조성비의 조절을 통하여 밴드갭 에너지를 최적화하였다. 또한 QCM 장치를 활용하여 용액 속에서 성장되는 CdS 박막의 두께와 특성을 조절하였다. 이러한 공정최적화를 통하여 개방전압 0.65 V, 단락전류밀도 38.8 $mA/cm^2$, 충실도 0.74 그리고 변환효율 18.8% 의 CIGS 박막 태양전지를 얻었다.

Solid-state dye-sensitized solar cells (DSSCs) have been constructed employing supramolecular electrolytes with multiple hydrogen bonding. A supramolecule was facilely synthesized by one-pot reaction between the amines of methyl isocytosine (MIC) and the epoxy groups of poly(ethylene glycol diglycidyl ether) (PEGDGE) to produce quadruple hydrogen bonding units. Hydrogen bonding interactions and dissolution behavior of salt in supramolecular electrolytes are investigated. The ionic conductivity of the supramolecular electrolytes with ionic liquid, i.e. 1-methyl-3-propylimidazolium iodide (MPII) reaches $8.5{\times}10^{-5}$ S/cm at room temperature, which is higher than that with metal salt (KI). A worm-like morphology is observed in the FE-SEM micrographs of $TiO_2$ nanoporous layer, due to the connection of $TiO_2$ nanoparticles resulting from adequate coating by electrolytes. DSSCs employing the supramolecular electrolytes with MPII and KI exhibit an energy conversion efficiency of 2.5 % and 0.5 %, respectively, at 100 $mW/cm^2$, indicating the importance of the cation of salt. Solar cell performances were further improved up to 3.7 % upon introduction of poly(ethylene glycol dimethyl ether) (PEGDME) with 500 g/mol.

이종접합태양전지에서 p a-Si:H/c-Si의 p a-Si:H의 증착 조건인 $H_2/SiH_4$ 비율, $B_2H_6$의 농도를 변화 시키며 실험하여 이 따라 계면 특성 변화를 연구하였다. pa-Si:H의 $H_2/SiH_4$ 비율이 상승할수록 carrier lifetime이 증가하다 다시 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 $H_2/SiH_4$의 비율 중 효과적으로 웨이퍼표면을 효과적으로 passivation하는 지점이 있는 것으로 보인다. $B_2H_6$의 농도는 상승할수록 carrier lifetime이 줄어드는 경향을 보였다. $B_2H_6$에서 농도가 올라감에 웨이퍼 표면의 defect로 작용했을 것으로 생각된다. 이에서 몇몇의 조건으로 태양전지를 제작한 결과 $H_2/SiH_4$ 비율에 따라서는 carrier lifetime은 효율에 그 영향이 미미한 것으로 조사되었고, $B_2H_6$의 농도가 낮을수록 개방전압은 상승하는 결과를 얻어 도핑 농도가 효율에 직접적인 형향을 주는 것으로 나타났다.

PECVD를 이용하여 제조된 미세결정질 p-i-n 실리콘 박막 태양전지에서, p 층은 태양전지의 윈도우 역할 및 그 위에 증착될 i ${\mu}c-Si:H$ 층의 'seed'층 역할을 수행하기 때문에, p층의 구조적 및 전기적, 광학적 특성은 태양전지의 전체 성능에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 $SiH_4$ 농도를 변화시켜 각기 다른 결정 특성을 갖는 p ${\mu}c-Si:H$층을 제조하고 그 위에 i ${\mu}c-Si:H$ 층을 증착하여 p층의 결정 특성변화와 그에 따른 i ${\mu}c-Si:H$ 층 및 'superstrate' p-i-n 미세결정질 실리콘 박막 태양전지의 특성 변화를 조사하였다. P층의 경우, $SiH_4$ 농도가 증가함에 따라 결정분율 (Xc)이 감소하여 비정질화되었으며 그에 따라 dark conductivity가 감소하는 경향을 나타내었다. 각기 다른 결정분율을 가지는 p 'seed' 층 위에 증착된 태양전지는, p 'seed' 층의 결정분율이 증가함에 따라 개방전압, 곡선인자, 변환효율이 경향적으로 감소하였다. 이는 p 층 결정분율 변화에 따른 p/i 계면특성 저하 및 그 위에 증착되는 i ${\mu}c-Si:H$ 층의 결함밀도 증가 등에 따른 태양전지 특성 감소 때문인 것으로 판단되며, 이를 분석하기 위하여 i ${\mu}c-Si:H$ 층의 전기적, 구조적 특성 분석 및 태양전지의 dark I-V 특성 등을 분석하고자 한다.

실리콘 박막 태양전지에서 전면 투명전도막(TCO)은 태양전지의 전기, 광학적 특성을 결정하는 중요한 기능을 한다. ZnO:Al TCO는 기존에 사용되던 $SnO_2:F$와는 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막 태양전지의 윈도우 층으로 사용되는 p a-SiC:H와의 일함수(work function) 차이로 인해 접촉전위(contact barrier)를 형성하게 되며 이로 인해 태양전지의 충진율(fill factor)이 $SnO_2:F$에 비해 감소하는 단점을 보인다. 본 연구에서는 ZnO:Al/p a-SiC:H 계면의 접촉전위 발생원인 및 태양전지 충진율 감소현상에 관한 정확한 원인규명을 위해 다양한 특성을 갖는 버퍼층을 삽입하여 계면특성 및 태양전지의 동작특성을 분석하고자 한다.

고효율 양자점 태양전지를 위하여 $Si_{1-x}C_x$ 박막 내에 Si 양자점을 형성한 박막을 제작하고 그 특성을 분석하였다. $Si_{1-x}C_x$ 박막은 Si과 C target을 co-sputtering하여 증착하였다. C target의 RF power를 변화시켜 $Si_{1-x}C_x$ 박막의 조성비를 조절하였으며, 조성비는 auger electron spectroscopy로 정량적으로 측정하였다. 이 박막들을 질소 분위기에서 후 열처리하여 high resolution transmittance electron microscopy로 확인한 결과 박막 내에 2~10nm 크기의 양자점이 형성된 것을 관측할 수 있었다. 이 양자점은 transmittance electron diffraction과 grazing incident X-ray diffraction을 통해 Si 양자점과 SiC 양자점이 형성되었음을 알 수 있었다. Raman 측정 결과에서는 후 열처리한 $Si_{1-x}C_x$ 박막의 조성비가 증가할 수록 crystal Si peak의 shift가 증가함을 알 수 있었고, 이를 통해 양자점의 크기도 함께 계산할 수 있었다. Fourier transform infrared spectroscopy을 통해 후 열처리한 Si1-xCx 박막의 양자점의 형성 원인을 추정하였다.

불소가 도핑된 산화주석(SnO2:F, FTO) 박막은 다결정 전도성 세라믹으로 가시광선 영역에서 투명하기 때문에 태양전지의 전극으로 활용된다. 본 연구에서 FTO는 APCVD법으로 성막되었다. BSG기판을 사용하여 $620^{\circ}C$의 고온에서 공정이 진행되었다. 이렇게 제작된 FTO 박막은 수소, 질소, 대기 분위기에서 여러 열처리 시간을 변수로 실험하여 열처리 전후의 전기적, 광학적, 구조적 변화를 관찰하고 분석하였다. 전기적 특성 분석에는 전기 비저항, 모빌리티 및 캐리어 농도 등의 변화를 알아보았고, 광학적 분석에는 UV-vis spectoscopy로 200nm에서 800nm 파장대역의 투과도를 구하고, Hazemeter를 통하여 총투과율, 평행투과율, 확산투과율 및 Haze를 분석하여 FTO막이 가지고 있는 texturing에 의한 효과를 알아보기 위하여 시편의 열처리 전후를 비교 분석하였다. 구조적 분석은 XRD를 이용하여 pattern을 분석하여 FTO가 가지는 구조변화를 분석하였다. 특히 FTO의 texturing에 기여도가 높은 (200)면의 XRD peak강도가 상승함에 따라 후열처리에 의해 박막의 표면의 변화가 일어남을 확인하였다. FTO의 후열처리에 의한 변화는 전기적으로는 약간의 전기 비저항의 증가를 가져오며, 캐리어 농도의 감소를 가져온다. 캐리어 농도의 감소에 따라 모빌리티의 상승이 관찰되었다. 광학적 특성은 가시광선 영역에서 투과율은 거의 같거나 약간 감소하는 경향을 나타내며, 후열처리 전후에 거의 동일한 투과율을 보이면서도 확산 투과율이 상승하는 분석 결과를 얻었다.

본 논문에서는 태양광발전이 본격적으로 보급 활성화 되기 전인 1999년 4월에 50 kVA 계통연계형 태양광 발전시스템 개발과제로 구축된 50kWp급 중규모의 계통연계 태양광 발전시스템의 약 10년간의 장기 실증운전을 통하여 취득한 자료를 기반으로 장기운전에 따른 운전특성 변화를 분석하였다. 본 설비는 50kVA급 PCS, 3kVA급 PCS 및 모듈 50kWp의 용량으로 1999년도에 한전 전력연구원 구내에서 실증시험용으로 구축되었으며, 장기운전에 따른 출력감소율은 10년간 전년도 대비 연 2.73% 이며, 발전설비 이용율은 11.04% 로 분석되었다

This study evaluated the influence of temperature on the PV module surface on power output characteristics, especially for an amorphous transparent thin-film PV module which was applied to a full-scale mock-up model as building integrated photovoltaic system. The tested mock-up consisted of various slopes of PV module, facing to the south. The annual average temperature of the module installed with the slope of $30^{\circ}$ revealed $43.1^{\circ}C$, resulting in $7^{\circ}C$ higher than that measured in PV modules with the slope of $0^{\circ}$and $90^{\circ}$ did. This $30^{\circ}$ inclined PV module also showed the highest power output of 28.5W (measured at 2 PM) than other two modules having the power output of 20.4W and 14.9W in the same time for $0^{\circ}$ and $90^{\circ}$ in the slope, respectively. In case of the $30^{\circ}$ inclined PV module, it exhibited very uniform distribution of power output generation even under the higher temperature on the module surface. Consequently, the surface temperature of the PV module analyzed in this study resulted in 0.22% reduction in power output in every $1^{\circ}C$ increase of the module surface temperature.

Practical building integrated photovoltaic system built by Kolon E&C has been monitored and evaluated with respect to power generation, which was installed in Deokpyeong Eco Service Area in Deokpyeong, Gyeonggi, Korea. The amorphous silicon transparent PV module in this BIPV system has 44Wp in power output per unit module and 10% of transmittance with the unit dimension with $980mm{\times}950mm$. The BIPV system was applied as the skylight in the main entrance of the building. This study provided the database for the practical application of the transparent thin-film PV module for BIPV system through 11 month monitoring as well as various statistical analyses such as monthly power output and insolation. Average monthly power output of the system was 52.9kWh/kWp/month which is a 60% of power output of the previously reported data obtained under $30^{\circ}$of an inclined PV module facing south(azimuth=0). This lower power output can be explained by the installation condition of the building facing east, west and south, which was resulted from the influence of azimuth.

반사와 굴절이 합쳐진 새로운 형태의 하이브리드 태양광 집광 장치로 기존 집광 장치에 비해 초점 거리가 짧게 설계되었다. 프레넬 렌즈 형태의 굴절부와 프레넬형의 다수의 포물선 반사경이 공통으로 후면 초점(rear focus)을 가지도록 배치하여 기존 프레넬 렌즈만으로 구성된 것보다 선형 집광의 경우는 3배, 점 집광의 경우는 10배 이상 집광비를 높일 수 있다.아울려 이를 이용한 선형 집광형 발전 시스템과 점형 집광 장치는 나름대로 장점을 가진다.

The conductive coating method was used for a various industrial fields. For example, Sputtering process is using to a coat of ITO layer in LCD or OLED panel manufacture process and fabricate a base layer of substrate of an electric printing device. However, conventional coating process (beam sputtering, spin coating etc.) has a problems in the industrial manufacturing process. These processes have a very high cost and critical manufacturing environment as a vacuum process. Recently, many researchers were proposed a various printing process instead of conventional coating process. In this paper, we propose an ESD printing process in ITO coating layer and apply to fabricate a conductive coating film. Ours transparent electrode had a surface resistance of about $66{\Omega}/{\square}$ and transparent of 74% in the wavelength of 500nm. This transparent electrode manufacturing process will be applied to Roll-to-Roll process. In addition, we developed roll printing process system for the next generation flexible solar cell.

본 논문에서는 단축과 2축 회전형추적시스템의 장점을 가진 시간 제어 극축회전형(Chronological Polar axis tracking) 태양광추적발전시스템에 대한 연구결과를 보여주고 있다. 천체 망원경의 별 추적 방식과 같은 시간 제어 극축 회전 방식으로 태양 추적방법의 정밀도를 높이면서 제어를 간소화하였고 계절 변화에 따른 태양 남중고도의 변화를 패널이 동시 추적 가능하도록 하였다. 향후 집광형태양광발전시스템에 적용가능성을 보였다.

본 연구에서는 eagle 2000 glass위에 APCVD(atmospheric CVD)증착법으로 $SnO_2$:F 박막을 제조하였다. 공정 온도, doping 농도, TTC(Tin tetrachloride)와 $H_2O$, $CH_3OH$의 조성비를 공정 변수로 두었으며, 각 변수에 대한 전기적, 광학적 특성 및 결정성을 확인하였다. hall measurement를 이용 제작된 박막의 전기적 특성을 확인 하였고, uv-VIS spectroscopy, hazemeer를 이용 박막의 광학적 특성을 확인 하였다. 또한 XRD, FESEM, AFM을 이용 박막의 결정성 및 표면 특성을 확인 하였다. 박막의 결정성을 결정짓는 증착 온도의 경우 $590^{\circ}C$에서 완벽한 Tetragonal rutile 형태의 결정성을 보였으며 $SnO_2$:F film $1{\mu}m$ thickness에서 $10({\Omega}/{\square})$ 내외의 우수한 면저항값과 $30(cm^2/Vs)$ 이상의 mobility값을 확인 하였으며, 가시광영역대 에서 높은 투과율과 우수한 haze값을 얻었다.

In this paper, the Stand-alone underground water pumping system was developed that is consist of Submersible Pump (AC type), Photovoltaic Array and Power converter by the application of solar energy. And also wish to introduce system that is possible to supply of drinking water or water for agriculture using solar energy at desertification area or a Off-grid area, interior etc. and operation test results. This system can use in deep tube well of 200m range with common Submersible Pump and maximized to the quantity of pumping through M.P.P.T control. Also system availability raised through apply various driving mode.

Generally, wind or solar power system is operated as a stand-alone power system, the efficiency of which could be higher by designing wind-solar combined system considering average wind speed and solar radiation of the desert region, Mongolia. This system is designed to generate electricity for power users and pumps the ground water for irrigation using deep well pump. The ground water can be used for farming or forestation where there is no or little irrigation system. In connection with this study, a renewable energy park, Green Eco Energy Park, was developed at about 50km east of Ulaanbaatar. 3 sets of 10kW wind power generator and 70 kW of solar power module were installed there. The electricity generated from the system is used to on-site office building and deep well pump for ground water pumping. A 10kW stand-alone solar pumping system, which has no rechargeable battery system, is installed to pump the ground water with the amount of generated power. The ground water is stored in 3 artificial ponds and then it is used for raising nursery tree and farming. The purpose of this study is to provide a possible energy solution to desert regions where there is no or little power system. The system also supply power to ground water pump, and the water can be used for farming and forestation, which will also be a solution of preventing desertification or spreading of desert area.

Amorphous/crystalline silicon heterojunction solar cells, TCO/a-Si:H (p)/c-Si(n)/a-Si:H(n)/Al, are investigated. The influence of various parameters for the front structures was studied. We used thin (10 nm) a-Si:H(p) layers of amorphous hydrogenated silicon are deposited on top of a thick ($500{\mu}m$) crystalline c-Si wafer. This work deals with the influence of the a-Si:H(p) doping concentration on the solar cell performance is studied.

The dependence of the efficiency characteristics of hydrogenated amorphous silicon single junction solar cells on the various intrinsic layer thickness has been investigate in the glass/$SnO_2$:F/p,i,n a-Si:H/Al type of amorphous silicon solar cells by cluster PECVD system. The open circuit voltage, short circuit current, fill factor and conversion efficiency have been measured under AM 1.5 condition. The result of the cell performance was improved about 8.2% due to an increase in the short circuit current.

Thin film solar cells based on CIGS continue to be a leading candidate for thin film photovoltaic devices due to their appropriate bandgap, long-term stability, and low-cost production. To date, the most successful technique for the deposition of a CIGS absorber layer has been based on the co-evaporation However, the evaporation process is difficult to scale-up for large-area manufacturing the sputtering and Selenizaton process has been a promising method for low-cost and large-scale production of high quality CIGS In this study, we have used Cu and CuIn alloy targets for precursor deposition the precursor deposited by sputtering Cu and CuIn targets and $CuInSe_2$ thin film is manufactured by Selenization process

Despite the success of $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) based PV technology now emerging in several industrial initiatives, concerns about the cost of In and Ga are often expressed. It is believed that the cost of those elements will eventually limit the cost reduction of this technology. one candidate to replace CIGS is $Cu_2ZnSnSe_4$ (CZTSe), fabricated by co-evaporation technique. Effects of substrate temperature of $Cu_2ZnSnSe_4$ absorber layer on the performance of thin films solar cells were investigated. As substrate temperature increased, the grain size of $Cu_2ZnSnSe_4$ films increased presumably. At a optimal condition of substrate temperature is $320^{\circ}C$, the solar cell shows a conversion efficiency of 1.79% with $V_{OC}$ of 0.213V, JSC of $16.91mA/cm^2$ and FF of 49.7%.

실리콘 이종접합 태양전지 제작을 위한 주요 요소기술 중 TCO/a-Si:H 간의 계면 특성은 태양전지 효율을 결정하는 주요 인자이다. 일반적으로 투명전도 산화막으로는 ZnO:Al 또는 ITO 가 사용되고 있으며 Zn, In, Sn, O 등의 확산과 Si원소의 확산으로 TCO/a-Si:H 계면에서 $SiO_x$가 생성되어 태양전지 충진률을 감소시키는 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 TCO/a-Si 계면에서 확산을 방지 하면서 패시베이션 역할을 하는 완충층을 삽입하여 실리콘 이종접합 태양전지의 효율을 높이는 연구를 수행하였다. 완충층으로 사용된 ZnO:Al의 수소화와 Zn 박막, $TiO_2$ 박막의 전기 광학적 특성을 분석하였고 AES 분석을 통해 $SiO_x$의 생성과 각 원소의 확산정도를 분석하고, CTLM을 이용하여 TCO/완충층/a-Si 간의 접촉저항을 측정하였다. 결과적으로 완충층으로 사용된 $TiO_2$(5nm)는 광특성에 큰 감소요인 없이 전기적 특성과 접촉저항 특성이 우수하였으며, 원소들간의 확산방지층으로도 우수한 특성을 보였다. ZnO:Al의 수소화는 SIMS 분석 결과 수소원소들이 계면쪽에 위치하지 않고 표면쪽에 다수 존재함으로써 패시베이션 특성을 크게 보이지 않았으나 AZO 박막의 전기적 특성은 크게 향상 시켰다. 그밖에 완충층으로 사용된 Zn 박막은 두께가 두꺼원 질수록 접촉저항의 감소를 가져왔으나 광학적 특성이 크게 감소하면서 효율적인 광포획 특성을 가지지 못하였다. 본 연구를 통하여 TCO/a-Si:H 간의 완충층 삽입을 통해 접촉저항을 낮추고 원소간의 확산을 억제하여 계면 패시베이션 특성을 향상 시킬수 있었다.

높은 소수반송자 수명(life-time)을 가지는 고품위 실리콘 기판은 고효율 실리콘 이종접합 태양전지 제작을 위한 중요 요소 기술 중 하나이다. 본 연구에서는 n-type c-Si 기판을 이용한 고효율 실리콘 이종접합 태양전지제작을 위해 hot water oxidation(HWO) 공정을 이용하여 고품위 실리콘 기판을 제작하였다. 실리콘 기판의 특성 분석은 Qusi-steady state photoconductance (QSSPC)를 이용하여 소수반송자 수명을 측정하였으며, 기판의 면저항 및 wetting angle을 측정하여 공정에 따른 특성변화를 분석하였다. Saw damage etching 된 기판을 웨이퍼 표면으로부터 particle, 금속 불순물, 유기물 등의 오염을 제거하기 위해 $60{\sim}85^{\circ}C$로 가열된 Ammonia수, 과산화수소수($NH_4OH/H_2O_2/H_2O$), 염산 과산화수소수($HCL/H_2O_2/H_2O$) 및 실온 희석불산(DHF) 중에 기판을 각각 10분 정도씩 침적하여, 각각의 약액 처리 후에 매회 10분 정도씩 순수(DI water)에서 rinse하여 RCA 세정을 진행한 후 HWO 공정을 통해 기판 표면에 얇은 산화막 을 형성시켜 패시베이션 해주었다. HF를 이용하여 자연산화막을 제거시 HWO 공정을 거친 기판은 매끄러운 표면과 패시베이션 영향으로 기판의 소수 반송자 수명이 증가하며, 태양전지 제작시 접촉저항을 감소시켜 효율을 증가 시킬수 있다. HWO 공정은 반응조 안의 DI water 온도와 반응 시간에 따라 life-time을 측정하여 진행하였으며, 이후 PE-CVD법으로 증착된 a-Si:H layer 및 투명전도 산화막, 금속전극을 증착하여 실리콘 이종접합 태양전지를 제작하였다.

박막 태양전지의 단락전류를 증가시키기 위해서는 투명전도 산화막의 표면 식각을 통한 광포획 특성 극대화가 중요하며, 일반적으로 스퍼터링법으로 제작된 투명전도 산화막의 표면 식각은 HCl solution을 이용한다. 본 연구는 투면전도 산화막 증착시 seed로 작용할 수 있는 colloidal 형태의 nanoparticle을 유리기판에 형성한 뒤 rf-magnetron sputtering 법을 이용하여 ZnO:Al(AZO) 투명전도 산화막을 증착하여 광학 전기적 특성 변화를 분석하였다. Nanoparticle을 사용하여 제조된 AZO 박막은 nanoparticle의 확산에 의한 전자농도의 향상이 보였으나, 이동도의 감소로 인해 전기적 특성에 큰 변화는 없었다. 반면 AZO 박막의 표면형상이 nanoparticle로 인해 변하여 박막의 광 포획을 위한 안개도가 향상됨을 확인 할 수 있었으며, 이로 인해 표면 형상 제어를 통한 박막 태양전지 적용을 위한 투명전도 산화막을 제작할 수 있었다.

태양전지의 전극소성 시 알루미늄 후면 전극이 실리콘으로 확산되어 후면전계(Back Surface Field)를 형성한다. 후면 패시베이션층은 후면반사율을 높여 내부광흡수경로를 늘리고 후면재결합속도를 감소시킨다. 본 논문은 후면 패시베이션층이 알루미늄 후면전계 형성에 미치는 영향 및 온도에 따른 변화를 관찰하였다. 절삭손상(Saw damage)이 제거된 실리콘 기판의 후면에 패시베이션층이 없는 것과 후면 패시베이션층으로 사용되는 실리콘 산화막을 형성시킨 시편을 제작하였다. 알루미늄 후면전극을 스크린 인쇄 후 소성온도를 달리하여 실리콘과 알루미늄과의 반응을 비교하였다. 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 시편의 단면사진으로부터 소성온도에 따른 실리콘과 알루미늄간의 반응 여부를 관찰하였고, 열분석을 통해 반응 온도를 조사하였다. 패시베이션층이 없는 경우에는 약 $600^{\circ}C$부터 실리콘과 알루미늄간의 반응이 시작되었고, 패시베이션층이 있는 경우에는 약 $700^{\circ}C$부터 반응이 시작되는 결과를 얻었다.

실리콘 기판과 비정질 실리콘 박막 사이의 계면특성은 실리콘 이종접합 태양전지의 효율을 높이는데 있어서 중요한 요소이다. 이종접합 태양전지에서는 n형 실리콘 기판 위에 비정질 실리콘 막을 증착시키는데 이 때 비정질 실리콘 막이 증착되면서 (111)면과 (111)면이 만나는 조직화된 피라미드의 골 사이에서 부분적으로 실리콘의 에피층이 성장하게 된다. 이 에피층이 결정질 실리콘 기판과 비정질 실리콘 막 사이의 계면 특성을 떨어뜨려 이종접합 태양전지의 효율이 감소하게 된다. 본 연구에서는 n형 실리콘 기판을 이용한 고효율 실리콘 이종접합 태양전지 제작을 위하여 실리콘 기판의 조직화 상태를 다르게 하여 셀을 제작하였다. 이에 큰 피라미드 형상의 조직화된 기판 표면, 작은 피라미드 형상의 조직화된 기판 표면, 큰 피라미드 형상을 라운딩 시킨 기판 표면, 작은 피라미드 형상을 라운딩 시킨 기판 표면을 제작하여 기판 종류에 따른 이종접합 태양전지를 제작하여 특성을 비교 하였다.

실리콘 태양전지의 효율 향상을 위한 노력의 일환으로 결정질 실리콘 웨이퍼 표면passivation 물질 중 Atomic Layer Deposition (ALD)을 이용하여 증착한 $Al_2O_3$ 박막에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구에서는 $Al_2O_3$ 박막의 증착 전 실리콘 웨이퍼의 산화막 두께에 따른 passivation 효과에 대해서 연구하였다. 실리콘 산화막은 $HNO_3$ 용액을 사용하여 화학적으로 생성시켰으며 $HNO_3$ 용액과의 반응 시간을 조절하여 실리콘 산화막의 두께를 조절하였다. 실리콘 산화막 생성 후 ALD로 $Al_2O_3$ 박막을 증착하였으며 증착 후 $N_2$ 분위기에서 annealing 하였다. Annealing 후 passivation 효과는 Quasi-Steady-State Photo Conductance를 사용하여 minority carrier의 lifetime을 측정하였다. Capacitance-Voltage measurement, Transmission Electron Microscopy, Ellipsometry를 사용하여 실리콘 산화막의 두께에 따른 $Al_2O_3$ 박막의 passivation 효과를 분석하였다.

최근 실리콘 태양전지는 점점 얇아 지는 추세에 있다. 실리콘 태양전지에 있어 실리콘의 두께를 감소시키는 것은 실리콘 소모량을 줄이는데 있어 필수적인 조건이 되었다. 이에 따라 실리콘 표면의 passivation도 더욱 중요하게 여겨지고 있다. 실리콘 태양전지의 passivation막의 한 종류인 $Al_2O_3$는 다른 산화막 물질들과는 달리 negative fixed charge를 가지고 있고 charge의 양이 다른 산화막의 density보다 높아 p-type 실리콘의 경우 후면 passivation막으로 이용이 고려되고 있다. 본 연구에서는 atomic layer deposition으로 $Al_2O_3$막을 실리콘 위에 증착하여 열처리에 따른 그 특성을 비교하고 태양전지를 제작하였다. $Al_2O_3$막을 rapid thermal annealing을 통해 서로 다른 분위기에서 열처리 한 결과를 capacitance-voltage를 통해 측정하여 비교, 분석하였고 ellipsomety 분석을 통해 광학적 특성을 비교하였다. 또한 열처리 온도의 변화에 따른 $Al_2O_3$내에 charge에 변화가 있다는 것을 관찰하였다. 이러한 charge의 변화가 태양전지의 passivation에 영향을 주는지 관찰하기 위해 Quasi-steady state photoconductace를 통해 lifetime의 변화를 관찰 하였다. 이러한 실험결과로부터 열처리 분위기와 온도를 최적화 하여 태양전지 passivation 특성을 증가시킬 수 있었다.

실리콘 이종접합 태양전지는 비정질 실리콘을 사용하여 p-n 접합을 만들기 때문에 결정질 태양전지에 비해 개방전압이 높은 특성을 보인다. 그렇지만 결정질 태양전지는 접합을 확산공정으로 만들어 p층과 n층의 계면에서 결함이 존재하지 않는 반면 이종접합 태양전지는 결정질 실리콘 표면에 접합을 만들기 때문에 결정질 실리콘의 표면에 defect이 존재할 가능성이 많아진다. 이번 실험에서 결정질 실리콘의 cleaning 조건 변화에 따른 이종접합 태양전지의 특성변화를 보았다. 실리콘 이종접합 태양전지는 전면전극/ITO/p a-Si:H/i a-Si:H/n c-Si/i a-Si:H/n a-Si:H/후면전극의 구조로 만들으며 p형 및 n형 비정질 실리콘은 PECVD를 이용하여 증착하였고 i형 비정질 실리콘은 HWCVD를 이용하여 증착하였다. 만들어진 태양전지의 특성을 평가하기 위해 암전류 특성, 광전류 특성, 양자효율, 소수반송자수명을 측정하였다.

This report summarizes our recent efforts to produce large-grained CIGS materials from porous nanoparticle thin films. In our approach, a $Cu_xSe$ nanoparticle colloid were first prepared by reacting a mixture of CuI in pyridine with $Na_2Se$ in methanol at reduced temperature. purified colloid was sprayed onto heated molybdenum-coated sodalime glass substrates to form thin film. After thermal processing of the thin film under a selenium ambient. $Cu_xSe$ colloid and thin film were characterized by scanning electron microscopy, x-ray diffraction. The optical(direct) band gap energy of $Cu_xSe$ thin films is 1.5 eV.

$TiO_2$ nanotube arraysdecorated with ${\alpha}-Fe_2O_3$ were prepared by forming a nanotube-like $TiO_2$ film on a Ti sheet using an anodization process, followed by electrochemical deposition treatment to decorate hematite (${\alpha}-Fe_2O_3$) nanoparticles on the $TiO_2$ nanotube arrays. The SEM and XRD results revealed that the ${\alpha}-Fe_2O_3$ nanoparticles were homogeneously embedded on the surface of the $TiO_2$ nanotube arrays. The activity of hydrogen production by photocatalytic water decomposition for the ${\alpha}-Fe_2O_3/TiO_2$ nanotube array composite was examined under visible light irradiation.

In this paper, the implemented photovoltaic array simulator is the power supply based on a common photovoltaic characteristic. This simulator is consisted of a common DC power supply and PC for controlling output. User can select the number of PV modules and solar radiation energy and then can get output whatever user wants. This simulator is a very helpful system to PV generating test and unexpensive than the existing PV simulators.

The photovoltaic power system is effected by atmospheric condition. Therefore, The maximum power point tracking(MPPT) algorithm of the Photovoltaic (PV) power system is needed for high efficiency. Many MPPT techniques have been considered in past, but In this paper, the author analyzes widely known P&O MPPT algorithm and ImP&O algorithm, and presents new MPPT algorithm complementing weaknesses of other two algorithms.

This paper shows that you can achieve high quality N+ emitter layers using a screen printable phosphorous diffusion paste and firing in an infrared belt furnace. Spreading resistance measurement from a beveled sample is used to measure carrier concentration as a function of depth for different phosphorous concentrations. Contours of estimated sheet resistance are shown for different processing conditions. This paper describes newly developed low cost phosphorous pastes. It shows the characterization of the newly developed phosphorous paste (DP99-038). This low cost pastes can easily be printed and make 16% efficiency.

The performance of PV module applying the photovoltaic effects of the semiconductor is affected by temperature. Until now, most of PV module show that the power and efficiency falls at a rate of ${\sim}0.5%/^{\circ}C$ and ${\sim}0.05%/^{\circ}C$ respectively as increase of ambient temperature. In this study, the effect of fins attached to the backside of PV module was investigated through a thermal analysis program and simulation model. The result shows that the inner temperature of PV module with fin falls about $10^{\circ}C$ compare to that of ordinary PV module.

태양전지는 무한한 차세대 청정에너지로 주목을 받으며 그 개발의 필요성이 높아지고 있다. 이중 염료 감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSC)는 낮은 제조 단가와 높은 효율로 기존의 Si 태양전지를 대체할 새로운 방법으로 연구되고 있다. 염료감응태양전지에 사용되는 $TiO_2$는 광촉매 성질 및 전자 전도성이 좋으며, 무독성에 가격이 저렴하여 다양한 분야에서 현재 많이 연구되고 있는 재료이다. 많이 사용되어지는 TiO2의 표면적은 염료의 흡착에 관여하므로 표면적의 제어는 매우 중요한 요소이다. $TiO_2$를 기판에 증착하는 방법으로는 Electrophoretic deposition, Chemical bath deposition, RF Margnetron sputtering, Electron-beam evaporation 등이 있으며 본 실험에서는 RF Magnetron sputtering을 사용하여 기판에 증착시키는 방법으로 구조를 제어하고자 한다. 이렇게 제조된 $TiO_2$ 박막을 SEM(Scanning Electron Microscopy)과 Solar simulator를 이용하여 표면형상과 Photocurrent-voltage curve를 분석하였다. 이것을 토대로 제조된 $TiO_2$박막의 구조가 염료감응태양전지에 미치는 영향을 연구해보고자 한다.

There have been many developed systems for harnessing the solar energy such as solar water heaters, solar thermal power systems, PV systems, daylighting and solar hydrogen systems. all of them are capable of reducing $CO_2$ emission. However, the efficiency of those systems which work without a solar tracker is lower. This paper is a step by step procedure for fabrication and a performance test of a solar tracking system. The system developed in this study consists of motion controllers, motor drives, step-motors, feedback devices and application. CdS sensors are introduced into the solar tracking system for playing a primary role in poor conditions for tracking due to a gear backlash and a strong wind. Mini-dish was used as a concentrator for collecting sun light. The solar position data, in terms of azimuth and elevation, sunrise and sunset times was compared with those of KASI(Korea Astronomy & Space Science Institute). The results presented in this article provide the high accuracy of the present system in solar tracking and indicate a potential for energy savings.

In this study, it was aimed to develop the re-use technology of ultra-fine silicon powders, by-products during the current production process of high purity poly-Si feedstock. For this goal, the compacts of the silicon powders were tried to fabricate by CIP (Cold Isostatic Pressing) method using silicon rubber mold without chemical binder materials. The density ratio of the silicon powder compacts reached 74%. In order to simulate the actual handling and charging conditions of feedstock material in casting process, a shaking test was carried out and mass loss measured. Finally, the silicon powder compacts were melted using a cold crucible induction melting method and the purity assessment was conducted by Hall effect measurement.

$Cu_2ZnSnSe_4$(CZTSe) is one of the promising materials for the solar cell due to its abundant availability in the nature. In this study, we report the fabrication of CZTSe thin film by Pulsed Laser Deposition(PLD) method using quaternary compound target on sodalime glass substrate. The quaternary CZTSe compound target was synthesized by solid state reaction method using elemental powders of Cu, Zn, Sn and Se. Powders were milled in high purity ethanol using zirconia ball with mixed size of 1 and 3 mm at the same proportions for 72 hours milling time. The structural, chemical and mechanical properties of the synthesized CZTSe powders were investigated prior to the deposition process. The CZTSe compound powder, and $500^{\circ}C$ of sintering temperature shows the best properties for PLD target. Results show that the as-deposited CZTSe thin films with the precursors by PLD have a composition near-stoichiometric.

Commercially available elemental powders of Cu, Zn, Sn and Se were employed for crystallizing a stannite-type $Cu_2ZnSnSe_4$ compound by means of solid state reaction. $Cu_2ZnSnSe_4$ reaction chemistry was also modeled based on differential-thermal analysis and X-ray powder diffraction results. It was observed that Se tends to react preferably with Cu to form CuSe and $CuSe_2$ phases at low reaction temperature. The formation of $Cu_5Zn_8$ intermetallic phase was found to be the intermediate reaction path for the binary ZnSe formation. A solid state reaction at $320^{\circ}C$ reacted elemental powderst obinary selenides of CuSe, ZnSe and SnSe completely. The crystallization of $Cu_2ZnSnSe_4$ was was detected to begin at $300^{\circ}C$ and its weight fraction increased with an increase of reaction temperature, which most probably formed from the reaction between $Cu_2SnSe_3$ and ZnSe.

Recently, thin-film solar cells of Cu(In,Ga)$Se_2$(CIGS) have reached a high level of performance, which has resulted in a 19.9%-efficient device. These conventional devices were typically fabricated using chemical bath deposited CdS buffer layer between the CIGS absorber layer and ZnO window layer. However, the short wavelength response of CIGS solar cell is limited by narrow CdS band gap of about 2.42 eV. Taking into consideration the environmental aspect, the toxic Cd element should be replaced by a different material. It is why during last decades many efforts have been provided to achieve high efficiency Cd-free CIGS solar cells. In order to alternate CdS buffer layer, ZnS buffer layer is grown by using chemical bath deposition(CBD) technique. The thickness and chemical composition of ZnS buffer layer can be conveniently by varying the CBD processing parameters. The processing parameters were optimized to match band gap of ZnS films to the solar spectrum and exclude the creation of morphology defects. Optimized ZnS buffer layer showed higher optical transmittance than conventional thick-CdS buffer layer at the short wavelength below ~520 nm. Then, chemically deposited ZnS buffer layer was applied to CIGS solar cell as a alternative for the standard CdS/CIGS device configuration. This CIGS solar cells were characterized by current-voltage and quantum efficiency measurement.

The worldwide energy market is enlarging rapidly according to current issues like globalization, deregulation, global warming and strengthening for environmental regulation as well as the energy technology is developing speedily by the add of information and communication techniques. In spite of these advanced techniques in the field of the renewable energy, solar power depends on the governmental aid largely in comparison with other renewable energy sources because of the high initial investment cost. Therefore it is important to investigate scrupulously for the expected erection site of solar power plant from the planning stage. This paper shows actual measurement data of solar radiation of scheduled solar power locations in the waterworks site with consideration of waterworks facilities and regional specialties and presents the data which was analyzed comparably with the radiation data of adjacent locations served by national authorities. In addition, these data were analyzed using RETScreen and used for making decision on the business validity.

One of the most important issues of crystalline silicon solar cell is minimizing reflectance at the surface. Laser texturing is an isotropic process that will sculpt the surface of a silicon wafer, regardless of its crystallographic orientation. We investigated surface texturing process using Nd-YAG laser ($\lambda$=1064 nm) on multi-crystalline silicon wafer. Removal of slag formed after the laser process was performed using acid solution (HF : $HNO_3$ : $CH_3COOH$ : DI water). The reflectance and carrier lifetime of the samples were measured and analyzed using UV-Vis spectrophotometer and carrier lifetime tester. It was found that the minimum reflectance of the samples was 16.39% and maximum carrier life time was $21.8\;{\mu}s$.

가수분해 및 응축반응을 사용하여 다공성의 TiO2입자를 합성하였다. 다공성 구조의 열적 영향을 살펴보기위해 annealing 시간을 조절하였고 태양전지에 적용하기 위해 paste로 만들었다. 그 구조적 특성을TEM(Transmission electron microscopy)과 XRD(X-ray diffraction) 통하여 분석하였고 광 전기화학적 활성을 측정해 보았다. 결과적으로 3시간 열처리한 시료의 효율이 최적화된 조건이였음을 확인하였다.

본 연구는 염료감응형 태양전지에 적용되는 TiO2 나노입자를 개선하여 3차원적인 nanobranch를 수열법으로 합성하여 전자의 이동을 향상시키며, 비표면적을 늘려 효율향상을 위하여 전극 구조를 제어하였다. nanobranch의 seed인 nanowire를 XRDd, FE-TEM과 solar simulator를 이용하여 비교 분석하였다.

In this study, we fabricated the $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) thin-film solar cells by using a polyimide substrate. The CIGS thin-film was deposited on Mo coated polyimide substrate by a 3-stage co-evaporation technique. Because the polyimide shows thermal transformation at about $400^{\circ}C$, the substrate temperature of co-evaporation process was set to below $400^{\circ}C$. Corresponding solar cell showed a conversion efficiency of 7.08 % with $V_{OC}$ of 0.58 V, $J_{SC}$ of 24.99 $mA/cm^2$ and FF of 0.49.

우리 연구팀은 $SiO_2$ nanospheres를 이용한 natural lithography를 통해 2가지 방법으로 GaAs 기판의 반사율을 감소시켰다. 먼저 GaAs 기판 위에 benzocyclobutene(BCB) 고분자를 코팅한 후, 그 위에 $SiO_2$ nanospheres를 코팅한다. 그리고 고분자의 유리전이 온도이상으로 가열하면 $SiO_2$ nanospheres가 고분자 속으로 가라앉게 되어 렌즈 형태의 표면이 형성된다. 또한, 이 상태에서 BOE 용액을 통해 $SiO_2$ nanospheres를 제거하여 오목한 형태의 표면을 형성할 수 있다. 이러한 2가지 방법의 surface texturing을 통해 우리는 GaAs 표면의 반사도를 각각 400~800nm의 파장에서 평균 13.6%~16.52%의 반사율을 얻을 수 있었다.

RF 스퍼터링법을 이용하여 유리기판위에 ZnO:Al 박막을 증착하고 다양한 조건 하에서 후 열처리를 실시하여 이에 따른 박막의 구조적, 전기적 및 광학적 특성과 HCl 습식 식각 후의 표면형상 변화를 조사하였다. ZnO:Al 투명전도막은 우수한 전기적, 광학적 특성, 수소 플라즈마 안정성 및 저 비용 등으로 실리콘 박막 태양전지 전면 전극용으로 많은 관심을 받고 있다. 기존의 비정질 실리콘 박막 태양전지용으로 많이 사용되고 있는 상용 Asahi-U형 ($SnO_2:F$) 투명전도막의 경우는 수소 플라즈마에 대한 안정성이 낮고 입사광의 장파장 대역에서의 낮은 산란특성으로 인하여 실리콘 박막 태양전지의 고효율화를 위한 적용에 한계를 나타내고 있다. 이를 개선하기 위하여 스퍼터링법으로 우수한 전기적 특성을 갖는 ZnO:Al 박막을 제조한 후 습식 식각을 통한 표면형상 변화를 통하여 입사광의 산란특성을 향상시키는 방법이 개발되어 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 2.5 wt%의 $Al_2O_3$가 함유된 ZnO 타겟을 이용하여 ZnO:Al 박막을 RF 스퍼터링으로 증착한 후 $N_2$ 분위기와 진공 분위기 하에서 다양한 시간과 온도에 따라 후열처리를 하여 열처리 전 박막과의 물질 특성을 상호 비교하고 1%로 희석된 HCl로 습식 식각하여 열처리 전 박막의 구조적 특성이 습식 식각 후의 박막 표면형상 변화에 미치는 영향을 조사하였다. 이로부터 후열처리를 통한 ZnO:Al 투명전도막의 특성을 최적화하고 Asahi-U형 투명전도막과의 특성 비교를 통하여 실리콘 박막 태양전지용 전면전극으로의 적용 가능성을 조사하였다.

We have prepared and characterized particle based CIGS thin films using a thermal evaporator. As the copper rate, selenium rate changed, CIGS particles were obtained at $240^{\circ}C$ for 6 hours from the reaction of $CuCl_2$, $InCl_3$, $GaCl_3$ and Se powder in solvent. The CIGS thin films were deposited on a sodalime glass. The CIGS thin film were identified to have a typical chalcopyrite tetragonal structure by using UV/Vis-spectroscopy, X-ray diffraction(XRD), Auger Electron Spectroscopy(AES), Scanning Electron Microscopy(SEM).

다중접합 초 고효율 태양전지 제조를 위해 SiC 매트릭스를 이용한 실리콘 양자점 초격자 박막을 제조하고 특성을 분석하였다. $SiC/Si_{1-x}C_x$(x ~ 0.31)로 실리콘 양자점 초격자 박막을 Si과 C target을 이용한 co-sputtering법으로 초격자 박막을 제조하고, $1000^{\circ}C$에서 20분간 열처리를 하였다. high resolution transmission electron microscopy 사진으로 약1~7nm 크기인 양자점 생성과 분포 밀도를 확인할 수 있었으며, grazing incident X-ray diffraction (GIXRD)를 통해서 Si(111)과 $\beta$-SiC(111)이 생성되었음을 알 수 있었다. Auger electron spectroscopy (AES)측정에서 stoichiometric SiC층과 Si-rich SiC층의 Si 원자농도 (56%, 69%)와 C 원자 농도 (44%, 31%)를 알 수 있었으며, Fourier transform infra-red spectroscopy (FTIR)측정에서 SiC 픽의 위치가 767에서 $800cm^{-1}$으로 이동하는 것을 알 수 있었다.

결정질실리콘 태양전지를 제조함에 있어 실리콘 기판 내의 금속 불순물들은 소자제작 시에 성능 저하의 원인으로 작용한다. 따라서 본 연구에서는 실리콘 기판에 Cr, Cu, Ni 불순물을 강제 오염시킨 후 태양전지를 제작하여 각각의 불순물에 대한 특성을 조사 하였다. p-type 실리콘 기판을 오염시키기 위해 일정 시간동안 표준용액에 담근 후 질소 분위기에서 열처리 하여 불순물을 확산시켰다. 이후 상용 공정을 이용하여 태양전지를 제작하고 기판내 금속불순물 농도에 따른 태양전지의 동작특성을 분석하였다.

고효율 실리콘 이종접합 태양전지 제작을 위한 요소기술 중 a-Si:H/c-Si 간의 계면 안정화는 태양전지 효율에 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 n-type 결정질 실리콘 기판을 사용하여, 소수전하들의 재결합을 방지하고, 계면 안정화를 실행하는 방안으로 실리콘 기판 습식 세정을 수행하였다. 반도체 공정에서 일반적으로 알려진 RCA 세정기법에 HF 세정을 마지막공정으로 추가하여 자연 산화막과 기타 불순물을 더욱 효과적으로 제거할 수 있도록 실험을 진행하였다. 마지막 공정으로 추가된 HF 세정에 의한 a-Si:H/c-Si 계면 안정화 효과를 관찰하기 위하여 HF농도와 HF 세정시간에 따른 소수반송자 수명을 측정하였다. 또한 HF 세정 이후 공정의 영향을 확인하기 위하여 PE-CVD법으로 a-Si:H 박막 증착 이전 실리콘 기판의 온도와 상온에서 머무는 시간에 따른 a-Si:H/c-Si 계면안정화 특성을 분석하였다. 본 실험을 통해 HF세정공정이 계면특성에 미치는 영향을 확인하였으며 실리콘 기판 습식 세정이 이종접합태양전지 특성에 미치는 영향을 분석하였다.

We have fabricated CIGS thin film absorber layers by the evaporation of CIGS powders which were synthesized by solutions with different atomic ratio compositions. We found that the polycrystalline structural properties and optical properties of the deposited CIGS thin films were strongly dependent on the CIGS powder synthesis solution compositions. For three different solution compositions, Cu:In:Ga:Se= 4:3:1:8, 8:3:1:8, 12:3:1,8, the deposited thin film crystalline structures were varied form InSe crystalline structure to CIGS chalcopyrite structures. Our results showed that CIGS powder evaporation is potential for the one step fabrication process for CIGS thin film absorber layer deposition.

n-type crystalline silicon wafers were passivated with intrinsic a-Si:H thin films on both sides using HWCVD. Minority carrier lifetime measurement was used to verify interface passivation properties between a-Si:H thin film and crystalline Si wafer. Thin film interface characteristics were investigated depending on $H_2/SiH_4$ ratio and hot wire deposition temperature. Vacuum annealing were processed after deposition a-Si:H thin films on both sides to investigate thermal effects from post process steps. We noticed the effect of interface passivation properties according to $H_2/SiH_4$ ratio and hot wire deposition temperature, and we had maximum point of minority carrier lifetime at H2/SiH4 10 ratio and $1600^{\circ}C$ wire temperature.

ZnO:Al 투명전도막을 유리기판위에 in-line RF-magnetron sputtering법으로 증착온도 및 증착압력에 따라 제조하고, 습식식각에 따른 박막의 표면형상 및 광학적 특성변화를 조사하였다. 초기박막은 육방정계(Hexanonal wurtzite)의 결정 구조와 (002)면의 c-축 우선배향성을 갖으며 가시광 영역에서 높은 광 투과도(T $\geq$ 80%)와 낮은 비저항($\rho\;=\;5.2{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$)의 특성을 나타내었다. 습식 식각 후 박막의 표면형상은 식각 전 박막의 결정성에 큰 의존성을 보이며 본 연구에서는 1 mTorr의 낮은 증착압력과 $350^{\circ}C$의 높은 증착온도에서 증착된 결정성이 우수한 막에서 높고 균일한 형태의 crater를 갖는 표면형상을 얻을 수 있었다. 균일한 crater를 형성하는 ZnO:Al 박막은 hill 형태의 표면형상을 갖는 상용 Asahi-U glass에 비하여 높은 Haze ($T_{diffused}/T_{total}$)값과 넓은 산란각을 나타내어 향상된 광 산란특성을 갖으며 이는 실리콘 박막 태양전지내로 입사된 광의 산란경로를 증가시켜 태양전지 성능을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다.

Two different wet etching solutions, NaOH 40% and Acid, were used for etching in tri-crystalline Silicon(Tri-Si) solar cell fabrication. The wafers etched in NaOH40% solution showed higher reflectance compared to the wafers etched in Acid solution after $SiN_x$ deposition. In light current-voltage results, the cells etched in Acid solution exhibited higher short circuit current and open circuit voltage than those of the cells etched in NaOH 40% solution. We have obtained 16.70% conversion efficiency in large area($156cm^2$) Tri-Si solar cells etched in Acid solution.

The crystalline silicon solar cell was one of the first to be developed and it is still the most widely used type. The photovoltaic cells will exhibit long-term degradation if the temperature exceed a certain limit. The purpose of this study is to investigate the possible of improving the performance of a photovoltaic cooling system. According to the results of the experiment, the thermal degradation of 44.63degrees was observed by cooling on the surface of photovoltaic cells. It is a decrease of 22.215percent of generating power. It is shown that photovoltaic cooling system is effected on improving the effectiveness of a photovoltaic out of power.

나노 임프링과 전기 도금의 저렴한 방식을 이용하여 CdTe 나노 패턴형태를 제작하고자 한다. CdTe 박막은 CdTe 태양전지에서 광흡수층으로 광전자형성에 큰 영향을 미치는 층이다. 나노 패턴을 이용할 경우 p-n 접합 면적이 늘어나 여기된 전자-정공쌍이 분리를 더 잘 일으킬 수 있기 때문에 나노 임프린팅 이라는 기술을 이용하여 이를 제작해 보고자 한다. 따라서 이렇게 제작된 CdTe 나노 패턴은 XRD와 라만 기술을 이용하여 구조를 분석하고, 흡광도와 반사도를 측정하여 광 특성을 조사하려고 한다.

제3차 신재생에너지 기본 계획에서는 기존의 태양광10만호 보급사업을 확대하여 모든 가능한 신재생에너지 부존자원을 최대한 활용하는 통합형 보급 사업으로서의 "2020 그린홈(Green Home) 100만호 사업"이 새로이 추진 중에 있다. 이 사업의 핵심 내용으로는 수요자중심의 맞춤형 주택공급과 이로 인한 민간시장의 활성화, 그리고 하이브리드형 신재생 에너지 시스템 개발 등을 꼽을 수 있다. 본 연구는 지난 "1-2차 신재생 에너지 기술개발 및 이용 보급 기본 계획"에서 추진된 주택용 신 재생에너지 보급 정책 결과와 일본, 독일 등의 해외사례 연구를 바탕으로 현재 시행중인 제 3차 기본계획 추진 과정을 검토하여 다음과 같은 제언을 하고 있다. 즉, 향후 신재생에너지 주택보급 사업의 원활한 수행을 위해서는 치밀한 준비를 통해 사업을 내실있게 추진해야 하고, 계획된 예산을 안정적으로 확보하고 효율적으로 배분하여 사업에 대한 신뢰성을 확보해야 한다. 또한 합리적인 목표 설정을 통해 체계적인 보급 정책을 추진해야 하고, 기술개발과 보급 양 부문에 대한 적절한 균형을 도모해야 한다.

본 연구는 산업연관분석을 이용하여 장래 신 재생에너지의 보급이 유발하는 경제적 파급효과를 분석하기 위한 방법론을 고찰해 보았다. 신 재생에너지의 보급이 유발하는 파급효과를 분석하기 위한 방법론으로는 먼저 이미 수행된 사례가 있는 방법으로 신 재생에너지 요소기술의 수요 창출 추정치를 바탕으로 투입계수표를 이용하여 수행한 분석이 있다. 그러나 신.재생에너지는 2030년까지 전체 에너지원의 11%를 대체하는 것을 목표로 장기적인 측면에서 보급되고 있다. 그러므로 본 논문에서는 기존 방법과 더불어 RAS방법, 평균증가배율방법, 라그랑즈승수방법을 통해 목표 분석연도의 산업연관표를 추정하여 분석하는 방안과 산업연관표 상에서 신 재생에너지산업을 하나의 산업으로서 독립시켜 분석하는 방안에 대해서도 고찰해 보았다. 이러한 고찰은 신 재생에너지보급의 산업 파급효과 추정의 신뢰성을 높이기 위한 사전 작업이 될 수 있다.

Korean government decided to give a subsidy for renewable energy system of green home. This policy will make an appeal to consumers. But For success of this policy, Economic benefit of consumer is essential. In this study, benefit and cost is seperated to consumer part and government part, respectively. consumer's benefit is energy saving and asset value increment. Consumer's cost is real input money except government's subsidy. Government's benefit is consist of energy import reduction, carbon discharge reduction and new production increment, As a result, the government subsidy will not so enough to activate the green home. PV system for the korean general apartment has the payback period of 19 years. So, For the dissemination of renewable energy of green home, more strong subsidy policy and more economic technoloy development is requested.

현재 발전차액 지원을 받고 있는 신재생에너지 전원은 태양광, 풍력, 수력, 매립가스, 바이오 가스, 연료전지 등 6개 전원이 있다. 신재생에너지 중에서 태양광, 조력, 연료전지, 풍력의 기준가격은 고정가격이며, 폐기물은 변동가격이고, 수력, 매립가스, 바이오가스, 바이오매스는 고정가격과 변동가격 중에서 선택할 수 있도록 되어 있다. 지난 2년간 신재생에너지 발전소 실적 이용률을 기준가격 적용 이용률과 비교해 보면 매립가스(20MW 미만), 바이오가스, 연료전지 이용률은 기준가격 적용 이용률 보다 낮게 나타났으며, 특히 바이오가스는 실적 이용률이 매우낮게 나타났다. 기타 신재생에너지 전원은 실적 이용률이 높게 나타났다. 발전차액(기반기금)은 기준가격에서 계통한계가격을 뺀 금액을 의미하며 고정가격, 변동가격의 요금선택에 따라 발전차액에 미치는 요소들이 달라진다. 고정가격을 선택한 경우는 계통한계가격, 이용률(전력 거래량)이 영향을 미치며 변동가격을 선택한 경우는 이용률만이 발전차액에 영향을 미친다.

수소를 기반으로 하는 신재생에너지의 생산, 관리 및 이용 시스템을 연계하여 운전하는 Green City 실증단지 구현을 위한 국내 도서 선정은 지자체별 이해관계와 지역발전계획에 따라 첨예한 논란을 수반할 소지가 있다. 입지 선정 절차상에서 예비후보지 선정과정이 형식적이거나 입지선정기준이 없어 입지선정을 위한 평가항목, 평가기준, 항목별 배점 등이 분석자의 의도에 따라 조정될 수 있는 문제점이 있다. 또한 각 지역에 대한 입지선정을 위한 기준이 있다 하더라도 추상적이거나 객관적이지 않은 기준이 많아 입지선정에 직접 적용하기 어렵고, 자연환경, 사회경제, 법제, 입지조건, 부하특성, 지자체 호응 등 인자들의 평가의 형평성이 결여될 수 있다. 이를 해결하기 위해 의사결정도구로 이용되는 계층분석법(AHP)을 입지선정절차에 적용하였다. 객관적인 정보가 제공 가능한 평가항목을 설정하고, 관련 전문가들의 설문조사를 통하여 주관적인 중요도 결과를 취합하였다. 이 결과를 계층분석법을 활용하여 평가항목별 가치를 측정하여 가중치를 부여하였고, Green City 실증단지 구현을 위한 후보도서의 순위를 제시하였다.

제4차 전력수급기본계획(2008-2022)과 제3차 신 재생에너지 기술개발 및 이용.보급계획에 의거하여 전력산업기반기금을 통해 우선 구매되는 풍력발전이 계통한계가격(SMP, System Marginal Price)에 미치는 영향을 점검하였다. 제4차 전력수급기본계획(2008-2022)에서 향후의 전원설비건설계획과 전력수요를 참고하고, 제3차 신 재생에너지 기술개발 및 이용 보급계획에 의거, 풍력발전보급계획을 반영하였다. 발전변동비의 변화는 미래의 화석연료변동에 따를 것으로 보아 명목상승률 3%, 6%, 그리고 8%의 경우를 검토하였다. 현재는 풍력발전용량이 전체발전용량에 비해 미미해서 SMP에 큰 변화를 가져다주지 못하고 있지만 2014년에는 SMP가 결정되는 구간이 LNG발전기에서 유연탄발전기로 옮겨감에 따라 SMP차이가 최대 20.02[\/KWh](발전 비용 명목 상승률8%)에 달하다가 2020년에는 다시 0[\/KWh](발전비용 명목상승률8%)으로 줄어드는 것으로 분석되었다.

Vietnam is endowed with multiform new and renewable energy resources. However, potential of new and renewable resources in Vietnam has not been completely assessed. Although the Government has embarked several programs to expand the use of these resources, the share of new and renewable energy in total commercial energy is still insignificant. The purpose of this study is to summarize potential and current development status as well as the prospect of new and renewable energy. Identification of barriers that are the hindrances in the development of new and renewable energy would suggest measures to future commercialization of new and renewable energy.

Tidal power plants such as Shihwa, Garorim and so on are under construction or planned to construct in Korea. However it can be estimated that the inappropriate community assistant program for tidal power plant is applied because tidal energy is imposed on a new and renewable energy criterion in Korea. Therefore in this paper, the optimum funding and region boundaries of community assistant program for tidal power plants are derived in order to improve beneficial effects of the community assistant program for tidal power plants in Korea.

본 논문은 신재생에너지 적용 건축공학적 접근을 통한 Eco-Village의 쾌적한 환경을 실현하면서 에너지와 자원의 소비를 억제하고 환경에 대한 부하를 최소화하는 Village 개발을 목표로 하고 있다. 다시 말해서 건축공학적 접근을 통한 Eco-Village의 최종목표는 적극적인 에너지 절약 기술의 도입과 태양열, 태양광, 풍력, 바이오 에너지 등 자연에너지의 적용을 통해 지구온난화 가스를 배출하는 화석연료의 소비를 억제함과 동시에 자연친화적인 Eco-Village를 개발하는 것이다.

신 재생 에너지 보급보조사업은 신 재생 에너지 설비에 대하여 설치비의 일정부분을 정부에서 무상보조 지원함으로써 국내 개발제품의 상용화를 촉진하고 초기 시장 창출 및 보급 활성화를 유도하는 사업이다. 기술연구개발 사업의 경우 성과분석의 중요성이 강조되어 왔지만 아직까지 국내 신 재생 에너지 보급지원제도에 대한 평가는 미흡한 실정이다. 효율적인 보급 정책 및 프로그램 수립을 위해서는 보급보조 사업의 성과 분석 및 개선방안 연구가 반드시 필요하다. 신 재생에너지 보급보조 사업의 성과분석 및 개선방안을 위한 기초연구로써 현재까지 수행 되었던 보급보조 사업의 개요 및 지원 현황을 살펴보았다. 현재 국내 보급보조 사업은 크게 일반보급사업, 시범보급사업, 계획보급사업으로 구분되어 진행되고 있다. 일반 보급사업의 경우 최대 60% 이내의 비용을 지원받을 수 있으며, 시범 보급 사업의 경우 최대 80% 이내의 설치비를 지원 받을 수 있다. 현재까지의 지원현황 고찰 결과 현실적인 시설별 지원 비율 차등의 시도가 필요함을 지적하였다. 본 연구 내용은 향후 보급보조사업의 제도적 개선점 검토 및 개선방안을 제안하는데 기초 자료로 사용 될 수 있을 것이다.

신재생에너지 보급 확산을 위해서 정부에서는 2009년부터 2030년까지의 시평을 가진 '제3차 신재생에너지 기술개발 및 이용 보급' 기본계획을 수립하고, 이의 달성을 위하여 예산투자와 함께 기술개발 지원, 보급 보조 및 융자, 발전차액지원제도, 그린홈 100만호 보급사업 등을 다각적으로 추진하고 있다. 이러한 보급지원제도의 하위제도로써의 융자지원제도는 신재생에너지 설치자 및 생산자를 대상으로 장기저리의 융자지원을 해주는 제도이다. 이를 통해 초기 투자비를 경감, 사업적 경제성을 확보하여 신재생에너지설비 및 관련 산업을 보급, 육성하고자 하는 것이다. 융자지원을 위한 금리는 기준금리(국고채 3년물 수익률)에 연동하여 분기별로 조정되고, 시설자금, 생산자금, 운전자금으로 분류하여 태양열, 태양광, 바이오, 폐기물, 수력, 지열, LFG, 풍력, 연료전지 등의 분야에 지원한다. 따라서 본 연구에서는 융자지원제도 현황을 고찰하고, 기준금리의 변동에 따른 융자지원 금리의 변동을 함께 살펴보았다. 각 에너지원별 지원에 어떠한 영향을 주는지 알아보았다.

It is necessary to estimate empirical constants in order to predict the monthly mean daily global radiation on a horizontal surface in the developing areas for alternative energy. Therefore many different equations have proposed to evaluate them for certain areas. In this work a new correlation has been made to predict the solar radiation for any areas over Korea by calculating the regression models taking into account latitude, percentage of possible sunshine, and cloud cover. From the results, the single linear equation proposed by using percentage of possible sunshine method shows reliable results for estimating the global radiation with average annual deviation of -3.1 to +0.6 % from measured values

Since the atmospheric clearness index is main factor for evaluating atmosphere environment, it is necessary to estimate its characteristics all over the major cities in Korea. We have begun collecting clearness index data since 1982 at 16 different cities and considerable effort has been made for constructing a standard value from measured data at each city. The new clearness data will be extensively used by evaluating atmospheric environment analysts as well as by solar application designers or users. From the results, yearly mean 63.6 % of the atmospheric clearness index was evaluated for clear day all over in Korea

To evaluate the building energy performance, many building simulation programs are used and its capabilities are developed. Despite of its increased capabilities the weather data used In the Building Energy performance evaluation, are still using the same limited set of data. This often forces users to find or calculate weather data such as illuminance, solar radiation, and ground temperature from other sources to calculate it. Also, proper selection of a right weather data set has been considered as one of important factors for a successful building energy simulation. In this paper, we describe TMY2 data, a generalized weather data format developed for use, and applied to Seoul region and examine the differences comparing to existing weather data. A set of 23 years raw weather data base has been developed to provide the weather data file for building energy analysis in Seoul.

Sodium heat pipe for high-temperature solar thermal application was manufactured and tested for transient and steady-state operations. Total length of the heat pipe was 650 mm and the outer diameter was 12.7 mm. Thermal performance was compared experimentally for two different cooling methods of the forced and the natural convection cooling in the heat pipe condenser. During the experiment, the maximum temperature was about 1300K, and different cooling methods were applied to the condenser region to charge the operating temperature. The effective thermal conductivity and the thermal resistance were investigated as a function of heat flux, heat transport length, and operating temperature.

Thermal performance of a thermosiphon for medium-temperature solar thermal application was investigated. The working fluid was Dowtherm A and the container was made of STS 316L. The thermosiphon had a outer diameter of 12.7 mm and a total length of 2 m, where the evaporator and the condenser had the same length of 0.3 m and the adiabatic section was 1.4 m. Both the evaporator and the condenser were aligned horizontal with an elevation difference of 0.18 m to utilize the gravitational force for the working-fluid return. The optimum fill charge ratio of the working fluid was investigated to obtain the maximum heat transport with the lowest thermal resistance. The maximun input thermal load was 500 W and thermal resistance was $0.60^{\circ}C/W$.

Leading developed countries have studied energy self-sufficient houses such as zero or low energy buildings to reduce energy consumption for buildings since the early 1990s. Moreover, some developed countries have actually constructed self-sufficient houses and operated them for demonstration, expanding use of such houses. Korea has also established Zero Energy Solar House(ZeSH) and studied energy independence. Therefore, this study analyzed research result regarding ZeSH, self-sufficient energy house hold of Korea, found out technologies used for heating energy independence, used building interpretation program(ESP_r) to evaluate performance of each factors and analyzed energy reduction quantitatively. Results from the research are as follows: Reduction rate of actual detached house's heating load was also analyzed quantitatively depending on application of each technology. When each factor was applied step-by-step, annual reduction rate of heating load depending on increase in insulation thickness reached 6.6~22.2 %. Annual reduction rate of heating load depending on increase insulation thickness, and change in window heating performance and area ratio reached 31.5 %. Annual reduction rate of heating load through high-sealing and high-insulation depending on change in leakage rate reached 40.0~88.9 %. Annual reduction of heating load, when Mass Wall and attached sun space was applied were applied reached 28.5~39.2 %, respectively.

Solar simulator를 이용한 프로판의 수증기 개질은 집광된 태양에너지를 이용하기 위한 목적으로 수행되었다. 본 연구에서는 이와 같은 태양열에너지의 화학적 축열을 실시하기 위해 Solar Simulator를 이용한 메탄의 수증기 개질을 연구하였다. 태양열 모사 램프로 1.24kW급 Xenon-arc lamp를 사용하였다. 반응기는 앞면의 Quartz window와 Absorber로 구성되어 있다. 램프의 빛은 Quartz window를 통하여 촉매층에 직접적으로 방사된다. 프로판의 수증기개질 반응은 고온에서 일어나기 때문에 열에 강한 SiC로 만들어진 Ceramic foam을 Absorber로 사용하였다. 촉매는 Absorber에 Wash-coat하여 사용하였으며, 담지된 촉매는 Ni을 활성성분으로 하는 ICI 46-6와 귀금속 촉매인 Ru/$Al_2O_3$를 사용하였다. 반응기는 SUS 재질로 제작되었으며, 반응기 외부는 Insulation을 하여 열손실을 감소시켰다. Propane과 Steam의 비율은 S/C ratio를 3으로 하여 실험하였다. 실험은 온도와 촉매에 따른 Solar Steam reforming의 반응특성을 분석하였다.

This study was carried out to evaluate the clear day operating performances for the decentralized desalination system with the solar thermal system and the photovoltaic power system. In a clear day, we used a solar thermal system as heat source of the single-stage fresh water generator with plate-type heat exchangers and a photovoltaic power system as electric source for hydraulic pumps. The demonstration system generation was designed and installed at Jeju-island in 2006. The system was comprised of the desalination unit with daily fresh water capacity designed as $2m^3$, a $120m^3$ evacuated tubular solar collector to supply the heat, a $6m^3$ heat storage tank, and a 5.2kW photovoltaic power generation to supply the electricity of hydraulic pumps for the heat medium fluids. In a clear day, solar irradiance daily averaged was measured $518W/m^3$, the daily fresh water yield showed that about 565 liter.

The Purpose of this study was thermal performance of solar hot water and space heating thermal storage tank. The combi storage tank was designed Tank in Tank type. The tank volume for space heating was 700 $\ell $ and tank volume for hot water was 150 $\ell $. Tank in Tank type storage tank was to replace heat exchange to hot water tank. The result showed that the Heating value was 67.25MJ and domestic hot water value was 51.93MJ. Supply to the hot water volume was 521 $\ell $ more than about 3 times as that of the hot water tank volume.

A comb-like copolymer consisting of a poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoro-ethylene) backbone and poly(hydroxy ethyl acrylate) side chains, i.e. P(VDF-co-CTFE)-g-PHEA, was synthesized through atom transfer radical polymerization (ATRP) using CTFE units as a macroinitiator. Successful synthesis and a microphase-separated structure of the copolymer were confirmed by proton nuclear magnetic resonance (1H-NMR), FT-IR spectroscopy, and transmission electron microscopy (TEM). This comb-like polymer was crosslinked with 4,5-imidazole dicarboxylic acid (IDA) via the esterification of the -OH groups of PHEA and the -COOH groups of IDA. Upon doping with phosphoric acid ($H_3PO_4$) to form imidazole-$H_3PO_4$ complexes, the proton conductivity of the membranes continuously increased with increasing $H_3PO_4$ content. A maximum proton conductivity of 0.015 S/cm was achieved at $120^{\circ}C$ under anhydrous conditions. In addition, these P(VDF-co-CTFE)-g-PHEA/IDA/$H_3PO_4$ membranes exhibited good mechanical properties (765 MPa of Young's modulus), and high thermal stability up to $250^{\circ}C$, as determined by a universal testing machine (UTM) and thermal gravimetric analysis (TGA), respectively.

본 논문에서는 소형 PEM(Proton Exchange Membrane) 연료전지 스택의 BOS(Balance of Stack) 제어에 관하여 논의한다. 별도의 가습 장치가 필요치 않고 BOS의 구성이 비교적 간단한 소형 PEM 연료전지 시스템에서는 팬과 퍼지밸브만의 제어를 통해 스택 내부 수분의 조절과 열 관리가 수행된다. 따라서 본 논문에서는 부하에 따른 최적의 공기유량을 계산하고 요구되는 유량의 공급을 위해 팬을 제어하는 알고리즘을 통해 소형 연료전지 시스템의 과도응답 특성과 안정성을 향상시키는 방법에 관하여 제안한다. 150W급 소형 연료전지 시스템을 꾸미고, 마이크로컨트롤러를 이용한 제어회로를 구현하여 실험함으로써 제안된 알고리즘의 유용함을 검증하였다.

Proton exchange membrane is the key material for proton exchange membrane fuel cells (PEMFC). Currently widely-used perfluorosulfonic acid membranes have some disadvantages, such as low thermal stability, easy swelling, excessive crossover of methanol and high price etc. Other membranes, including sulfonated polymer, radiation grafted membranes, organic-inorganic hybrids and acid-base blends, do not satisfy the criteria for PEMFC, which set a barrier to the development and commercialization of PEMFC. Pore-filling type proton exchange membrane is a new proton exchange membrane, which is formed by filling porous substrate with electrolytes. Compared with traditional perfluorosulfonic acid membranes, pore-filling type proton exchange membranes have many advantages, such as non- swelling, low methanol permeation, high proton conductivity, low cost and a wide range of materials to choose. In this research, preparation methodology of pore-filling membranes by particularly using all hydrocarbon polymers and fuel cell performances with the membranes are evaluated.

This study presents preparation and characterization of composite membranes based on ionic liquids. The ionic liquids act as water in sulfonated membranes. On the behalf of ionic conduction through ionic liquid inside the membranes, non-aqueous membranes showed Arrenhius dependence on temperature with no external humidification. It was implied that hopping mechanism of proton was dominant in the ionic liquid based membranes. In addition, small angle X-ray (SAXS) studies provided the information on morphology of ionic clusters formed by the interaction between sulfonic acid groups of the polymers and ionic liquids. The SAXS spectra showed matrix peaks, ionomer peaks and Prodo's law for Nafion based composite membranes and only matrix peaks for hydrocarbon based ones. However, ionic conductivity and atomic force microscopy (AFM) images showed the clear formation of ionic clusters of the hydrocarbon based composite membranes. It implies for ionic liquid based high temperature membranes that it is important to use sulfonated polymers as solid matrix of ionic liquid which can form clear ionic clusters in SAXS spectra.

A small PEM fuel cell has two different stack configurations such as active and passive stacks. The active stack has a distintion of high power density although it makes system complex by using alr blower and related BOPs resulting in large system volume. On the contrary, passive stack has an advantage of compact system because it doesn't need air supplying devices although it reveals relatively low stack power density. In this study we fabricated two 10W PEMFC stacks with different stack configurations, active and passive stacks, and tested their performance and stability. The active stack consists of 13cells with an active area of $5cm^2$. The passive stack has 12cells with an active area of $16cm^2$. When we compared the stack performance of those stacks, the active stack showed higher power density compared to the passive stack, particularly at high voltage regions. However, at low voltage and high current regions, the passive stack performance was comparable to the active stack. The stack stability was largely dependent on the fuel humidity, particularly for active stack. At low humidity conditions, the active stack performance was decreased continuously and the cell voltage distribution was not uniform showing seriously low cell voltage at center cells mainly due to the cell drying. The passive stack showed relatively stable behavior at low humidity and the stack performance was largely dependent on the atmospheric conditions.

연료전지는 전기에너지와 열에너지를 동시에 사용 할 수 있기 때문에 에너지 효율이 높고 유해 배기물이 거의 없으므로 친환경적이다. 따라서 환경문제가 대두되고 있는 오늘날, 고효율 친환경의 연료 전지는 차세대 에너지원으로 각광받고 있다. 보일러와 계통선에서 열과 전기를 공급받는 기존방식에 비해 연료전지 코제너레이션 시스템의 경우 20%이상 에너지 절감율을 향상시킬 수 있다. 기존 10kW이하의 소용량 발전설비의 경우 대형 발전소와 같은 수준인 30%이상의 전기 효율을 기대할 수 없으나 고분자 전해질 연료전지를 적용할 경우 1kW급에서도 35%의 전기 효율을 기대할 수 있으며 열회수까지 고려할 경우 80%에 가까운 열효율을 달성할 수 있다.(4)연료전지 시스템은 연료전지 스택 이외에, 연료변환장치, 급기설비, 열 및 물관리 설비, 전력변환장치 그리고 제어 장치 등으로 구성된다. 연료전지 시스템 성능은 연료전지 스택의 성능에 가장 의존적인데 연료전지 스택의 성능은 같은 스택이라도 운전 및 제어 방법에 따라서 다양하게 변할 수 있다. 실제로 연료전지 스택 자체의 전기 변환 효율은 최대 40% 까지로 매우 높으나, 다양한 운전 조건에 따라 효율이 30~40% 수준에서 변화는 것이 현실이다. 때문에 시스템을 설계할 때에는 종합화된 시스템 측면에서의 운전까지 고려한 설계와 성능 해석이 필요하다. 그간 연료전지를 활용한 가정용 열병합 발전분야에서는 시스템 설계를 위한 시뮬레이션 기반 성능 해석에 관한 연구가 활발히 진행되어왔다. 하지만 연료전지 스택의 경우 간이화된 성능 모델식을 사용하여 이로 인한 성능 예측모델의 오차가 크게 발생하여 전체 시스템 최적화의 저해요인으로 작용하여왔다. 따라서 본 연구에서는 가정용 연료전지 열병합 발전 시스템을 자체적으로 설계 개발하였으며 이 중 연료전지 스택의 성능모델을 실험기반으로 구축하였다. 먼저 가정용 연료전지 열병합 발전 시스템의 설계는 크게 네 단계로 구분되며 이는 1) 시스템 개념 설계, 2) 연료전지 스택 설계, 3) 주변장치 설계, 4) 제어시스템 설계로 이뤄진다. 연료전지 스택의 성능 모델은 고분자연료전지의 성능에 가장 민감하게 영향을 미치는 온도 및 습도의 변화에 따른 다양한 스택 성능을 예측 가능하도록 개발하였으며 이는 간단한 이론 모델의 구조에 실험 데이터를 기반으로 모델 파라미터를 도출하는 기법으로 이뤄졌다.

Various polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) startup procedures were tested to explore possible techniques for reducing performance decay and improving durability during repeated startup-shutdown cycles. The effects of applying a dummy load, which prevents cell reversal by consuming the air at the cathode, on the degradation of a membrane electrode assembly (MEA) were investigated via single cell experiments. The electrochemical results showed that application of a dummy load during the startup procedure significantly reduced the performance decay, the decrease in the electrochemically active surface area (EAS), and the increase in the charge transfer resistance ($R_{ct}$), which resulted in a dramatic improvement in durability. After 1200 startup-shutdown cycles, post-mortem analyses were carried out to investigate the degradation mechanisms via various physicochemical methods including FESEM, an on-line $CO_2$ analysis, EPMA, XRD, FETEM, SAED, FTIR. After 1200 startup-shutdown cycles, severe Pt particle sintering/agglomeration/dissolution and carbon corrosion were observed at the cathode catalyst layer when starting up a PEMFC without a dummy load, which significantly contributed to a loss of Pt surface area, and thus to cell performance degradation. However, applying a dummy load during the startup procedure remarkably mitigated such severe degradations, and should be used to increase the durability of MEAs in PEMFCs. Our results suggest that starting up PEMFCs while applying a dummy load is an effective method for mitigating performance degradation caused by reverse current under a repetition of unprotected startup cycles.

Oxygen ionic conductors of CeScSZ electrolyte in SOFC unit cell are applied to anode and cathode as well as electrolyte to have the triple-phase-boundaries of electrochemical reaction, and it is required to decrease the sintering temperature of anode-supported electrolyte by the nanoscale of CeScSZ electrolyte powder. In this report, nanoscale CeScSZ electrolyte powder was synthesized by chemical synthesis method. The particle size, surface area and morphology of the powder were observed by SEM and BET. Thin film electrolyte of under $10{\mu}m$ was fabricated by tape casting using the synthesized CeScSZ electrolyte powder, and ionic conductivity and gas permeability of electrolyte film were evaluated. Finally the SOFC unit cell was fabricated using the anode-supported electrolyte prepared by a tape casting method and co-sintering, in which the active layer, measuring $20{\mu}m$, was introduced in the anode layer to provide a more efficient reaction. Electrochemical evaluations of the SOFC unit cell, including measurements such as power density and impedance, were performed and analyzed.

Oxygen ionic conductors of YSZ electrolyte in SOFC unit cell are applied to anode and cathode as well as electrolyte to have triple-phase-boundaries(TPB) of electrochemical reaction, and it is required to decrease the sintering temperature of anode-supported electrolyte by the nanoscale of YSZ powder.In this report, nanoscale YSZ powder was synthesized by the chemical co-precipitation method. The particle size, surface area and morphology of the powder were observed by SEM and BET. Thin film electrolyte of under 10㎛ was fabricated by tape casting using the synthesized YSZ powder, and ionic conductivity and gas permiability of electrolyte film were evaluated. Finally, the SOFC unit cell was fabricated using the anode-supported electrolyte prepared by a tape casting method and co-sintering. Electrochemical evauations of the SOFC unit cell, including measurements such as power density and impedance, were performed and analyzed.

High temperature solid oxide fuel cells (SOFCs) offer a clean, pollution-free technology to electrochemically generate electricity at high efficiencies. Solid oxide fuel cells in several different designs have been investigated; these include planar and tubular geometries. The tubular type cell is widely researched due to it have advantages about thermal expansion and sealing issues. Unfortunately, lab scale tubular cell for testing has thermal expansion and sealing problems. The previous Jig for lab scale tubular cell testing has many sealing problems. When we feed fuel gas to jig inlet, ceramic glue sealant has amount of gas expansion pressure, because temperature of feeding gas changes ambient temperature to high temperature ($700{\sim}900^{\circ}C$). Furthermore, when we carry out long time test, something like degradation test, crack of ceramic glue sealant due to weakness of mechanical properties can make stop working the test. Additionally, we reduce setting process for assembling, because micanite is not required drying or debinding process.

In order to develop SOFC cell performance, many kind of things were investigated. Electrode microstructure is the one of them therefore we focus on electrodes fabrication easily and efficiently. We can fabricate electrodes easily with Pt using DC magnetron sputtering and sintering. However sputtering is difficult to handle and to grow porous electrodes what we require. On the other hand sintering is much easier than sputtering to make porous and adhesive electrodes. So in this paper we deal with sintering and optimize to deposit electrodes conditions by analyzing electrode microstructure with sacnning electron microscopy(SEM) micrograph. Also, we compare electrochemical performance of cells fabricated by sputtering and sintering.

Recently by the development of the electronic engineering technology various mobile devices are developed. But their operation time need to be extended although capacity of the batteries are limited. We focused our attention to the portable SOFC system. Because SOFC has the high efficiency and a lot of strongness in comparison with other kinds of fuel cells, We evaluated hydrogen fed SOFC 50W system theoretically and got the results about the operating condition range from the comparison of the power efficiency, exhaust gas temperature, required heat for maintaining the operation temperature and operation time.

Hydrogen is the ideal candidate as an alternative energy carrier, so many hydrogen storage methods are investigated. The hydrogen storage method using metal hydride is good candidate as energy sources for portable devices because hydrogen-storage as metal hydride shows large volumetric storage density. In this study, we investigated the variations of hydrogen charging/discharging performance of metal hydride tanks at different temperature conditions. We charged metal hydride tanks with hydrogen in low temperature because of the exothermic reactions of hydrogen absorption while we discharged in high temperature to provide sufficient heat because of the endothermic reactions of desorption. In addition, we investigated the difference of hydrogen charging/discharging performance between two tanks having different sizes.

This paper investigated environmental effects for passive, air-breathing, and vapor-feeding direct methanol fuel cells. In these experiments, experimental parameters are temperature($30^{\circ}C$, $40^{\circ}C$ and relative humidity(25%, 50%, 75%). From these experimental results, the water contents play a key role in terms of optimal ionic conductivity at the cathode catalyst layer. In case of pure methanol feeding, the performance is inversely proportional to the relative humidity. The water generation resulting from methanol crossover maintains ionic conductivity at the cathode. On the contrary, diluted methanol solution (50wt.%) lowers methanol crossover to the cathode. In order to increase ionic conductivity, the relatively high humidity is required to the cathode catalyst layer for the water generation. The relative humidity scales with the performance.

To extract hydrogen for stack, fuels such as LPG and LNG were reformed in the fuel processor, which is comprised of desulfurizer, reformer, shift converter, CO remover and steam generator. All elements of fuel processor are integrated in a single package. Highly active catalysts (desulfurizing adsorbent, reforming catalyst, CO shift catalyst, CO removal catalyst) and the various burners were developed and evaluated in this study. The performance of the developed catalysts and the commercial ones was similar. 1 kW, 5 kW class fuel processor systems using the developed catalyst and burner showed efficiency of 75 %(LHV, for LNG). The start-up time of the 1 kW class fuel processor was less than 50 minutes and its volume including insulation was about 30 l. The start-up time of 3 kW and 5 kW class fuel processors with the volume of 90 l and 150 l, respectively, was about 60 minutes. In the case of LPG fuel, efficiency, volume and start-up time of 1kW class fuel processor showed 73 %(LHV), < 60 l and < 60 min, respectively. Advanced fuel processor showed more highly efficiency and shorter start-up time due to the improvement of heat exchanger and operating method. 1 kW and 3 kW class fuel processors have been evaluated for reliability and durability including with on/off test of developed catalysts and burner.

1 kW class Polymer Electrolyte Fuel Cell(PEFC) co-generation systems have been developed from 2001 and evaluated for improvement of efficiency, durability and reliability of the system. This paper introduce new version system including with excellent reliability, durability and user friendly applications. Its electrical and overall efficiency showed 35 % and 80 %, respectively, and noise level of the system was less than 45 dB. In addition, this system have various functions such as load change, $N_2$ less purge, low emission and low temperature operation ($-15^{\circ}C$) through development of operation logic. This system was designed for convenient installation in indoor and outdoor due to the compactness of size and the separation of electrical and heat recovery units, which means a user can select the size of heat recovery unit.

Currently, the bipolar plates are fabricated mainly from graphite materials. However, metal bipolar plate are getting most attractive due to their good feasibility of mass production and low cost. In this study, metal bipolar plates for fuel cell Vehicles were developed with a concept based on the straight flow patterns to minimize the pressure drop and spring back. And molded gasket apply to the bipolar plate for improve sealing performance. Results show that the metal bipolar plate have a high potential to replace for graphite materials in fuel cell application.

산업의 고도화에 따라 소비자들이 사용하는 전기, 전자기기의 사용시간 연장에 대한 욕구가 강해지고 있으며, 이에 따라 기존 2차전지의 용량을 극대화하는 연구와 더불어 차별화하여 장시간 안정적으로 사용할 수 있는 신규 전원 개발이 요구되어 진다. 연료전지는 이러한 욕구를 충족시킬 수 있는 차세대 전지로서 충전 대기 시간 없이 연료의 교체만으로 언제 어디서나 전력을 공급할 수 있으며, 장시간 대용량이 요구되는 Outdoor 응용분야에서는 1, 2차 전지대비 무게/부피 에너지밀도(Wh/kg, Wh/L)와 에너지 비용($/Wh, \/Wh)면에서 높은 경쟁력을 가지고 있다. 이러한 휴대용 연료전지의 최근 개발동향을 소형 전자기기용 충전기, 산업용 UPS, APU 및 군사용 이동전원 분야로 나누어 소개하고자 한다. 또한, 이동용과 휴대용 연료전지에 대한 국제 연료전지 표준화기구의 최근 국제규격에 대해 소개하며, 이를 통해 대두되고 있는 기술적 이슈와 함께 국내 표준규격 채택에 필요한 제안을 하고자 한다. 국제표준화 분과위원회 (WG 7, 8, 9, 10)의 2009년 이후 표준화 활동계획을 공유함으로써 관련 연구개발 및 상용화 업체들의 이해를 돕고자 한다.

This paper presents experimental results carried out on the purge characteristic of the anodic dead-end mode fuelcell and how to improve the cell performance by pulsation effects. The dead-end mode fuelcell has some merits that a fuel supplying device is not needed and the cell power is higher than that in the open mode fuelcell. However, the purge is necessary for preventing the porous media from being flooded by liquid water formed in the channel. At this time, the un-reacted fuel is discharged with the liquid water together in purge process. The discharged fuel can make the fuel efficiency lower. Therefore, the number of purge times should be decreased for the better fuel efficiency. In this study, the outlet of the anode channel was equipped with a purge solenoid valve and a pulsation generator. The purge times was decreased when the current density decreased and operation pressure increased without the pulsation effects. In addition, when the pulsation effects such as various frequencies or amplitudes were applied, purge times was alleviated up to 40%.

In this paper, protective function evaluation was conducted to determine the performance and safety of a power conditioning system(PCS) for 1kW residential fuel cell system. It is essential to have a power quality, grid-connection and safety of PCS. Even though it is under 500ms by KGS-A410 standard, it is shown a rapid response time of 25ms from input under-voltage test. In terms of output over/under-voltage test, it is shown 29.15 and 79.4ms. Especially using anti-islanding test, it is shown all times under 100ms for combination cases of real and reactive power. We confirmed a rapid response characteristics and safety of PCS. The results of this evaluation are being used to develop a new test protocols of PCS.

Maintaining proper membrane humidity is crucial to ensure optimal operation of a PEMFC system. A gas-to-gas membrane humidifier is popular technology for external humidification of PEMFC reactant gases. Characteristics of heat and water transfer in shell-and-tube Nafion membrane humidifiers has been experimentally investigated for various dry side inlet temperature of membrane humidifier. The results show that heat flux decreases linearly with dry side inlet temperature of membrane humidifier. The water flux through the membrane varies nonlinearly with the temperature elevation.

In this study, the relation between the performance degradation of SOFC single cell and the increase of polarization resistance for the cathode is investigated. $Pr_{0.3}Sr_{0.7}Co_{0.3}Fe_{0.7}O_3$(PSCF3737, $19.4{\times}10^{-6}K^{-1}$) and $Gd_{0.1}Ce_{0.9}O_2$ (CGO91, $12{\times}10^{-6}K^{-1}$) are used as a cathode and an electrolyte, respectively. The polarization resistance of cathode is increased due to the delamination caused by thermal expansion coefficient difference. The voltage drop with 10%/1000h decline rate occurs during long-term, when the interface between the cathode and the electrolyte is delaminated due to TEC difference.

A pivotal mechanical balance of plant for 75kW class molten carbonate fuel cells comprise of a catalytic burner and an ejector which has been designed and tested in KEPRI(Korea Electric Power Research Institute). The catalytic burner, which oxidizes residual fuel in the anode tail gas, was operated at several conditions. Some problems arose due to local overheating or auto-ignition, which could limit the catalyst life. The catalytic burner was designed by considering both gas mixing and gas velocity. Test results showed that the temperature distribution is very uniform. In addition, an ejector is a fluid machinery to be utilized for mixing fluids, maintaining vacuum, and transporting them. The ejector is placed at mixing point between the anode off gas and the cathode off gas or the fresh air Several ejectors were designed and tested to form a suction on the fuel tail gas and balance the differential pressures between anode and cathode over a range of operating conditions. The tests showed that the design of the nozzle and throat played an important role in balancing the anode tail and cathode inlet gas pressures. The 75kW MCFC system built in our ejector and catalytic burner was successfully operated from Novembe, 2008 to April, 2009. It recorded the voltage of 104V at the current of 754A and reached the maximum generating power of 78.5kW DC. The results for both stand-alone and integration into another balance of plant are discussed.

The present study focused on the segmented cell which has the similar performance to unaltered (not segmented) cell in real operating condition. Many literatures have been made the segmented cell to observe the behavior of local current density distribution in the single cell. However, it has been lack of scheme to segment the cell in that the detailed interpretation of segmenting in analytic point of view was insufficient. Hence, the basic idea of segmenting was introduced to determine the component to be segmented in anode side of unit cell. The electrical contact/bulk resistance was measured by using four wire/probe method through each part of cell components including MEA, GDL, Bipolar Plate and Current Collector. Electron transport mechanism was predicted by comparing resistance values which were obtained from the experiment. As a result, this offered a great benefit to segment the cell efficiently. With this method further experiments would be conducted in research areas which require current density distribution at the same operating condition as unaltered cell.

KEPRI has studied planar type SOFC stacks using anode-supported single cells and kW class co-generation systems for residential power generation. A 1kW class SOFC system consisted of a hot box part, a cold BOP part and a water reservoir. A hot box part contains a SOFC stack made up of 48 cells with $10{\times}10cm^2$ area and ferritic stainless steel interconnectors, a fuel reformer, a catalytic combustor and heat exchangers. Thermal management and insulation system were especially designed for self-sustainable operation. A cold BOP part was composed of blowers, pumps, a water trap and system control units. When a 1kW class SOFC system was operated at $750^{\circ}C$ with hydrogen, the stack power was 1.2kW at 30 A and 1.6kW at 50A. Turning off an electric furnace, the SOFC system was operated using hydrogen and city gas without any external heat source. Under self-sustainable operation conditions, the stack power was about 1.3kW with hydrogen and 1.2kW with city gas respectively. The system also recuperated heat of about 1.1kW by making hot water. Recently KEPRI developed stacks using $15{\times}15cm^2$ cells and tested them. KEPRI will develop a 5 kW class CHP system using $15{\times}15cm^2$ stacks by 2010.

메탄올 연료전지에서 기존의 탄소 지지체의 전기화학적인 특성과 유사한 새로운 지지체 물질을 개발하기위해서 $TiO_2$ 산화물을 선정하였고 이것의 전도성을 향상에 관한 연구를 하였다. 새로운 지지체인 Degussa $TiO_2$를 이용하여 고온에서 열처리하는 방법으로써 얻을 수 있었다. 이러한 지지체위에 백금 촉매를 담지하는 합성 실험은 간단한 방법인 sodium borohydride 방법으로써 수행하였고 구조적인 결과를 확인하기 위하여 XRD 분석으로써 확인하였다. 결과로부터 $TiO_2$에서 TiN으로 구조적인 변화를 알 수 있었고 상변화 과정이 높은 에너지와 소스로 인해 바뀐다는 것을 알 수 있었다. 이러한 지지체 촉매 전극의 전기적인 활성을 알아보기 위하여 CVs와 안전성을 확인하기 위하여 CA에서 분석하였다. 기존 탄소 지지체 촉매 전극과 황산과 메탄올 용액하에서 CVs와 CA를 비교하였을 때, 티타늄 질화물 지지체가 CVs에서 유사한 산화, 환원 활성을 나타내었고 CA에서 높은 전류에서 안정성을 보여주었다. 이러한 결과로부터 TiN 지지체는 탄소 지지체와 비교하였을 때 연료전지의 지지체로써의 가능성을 확인 할 수 있었다.

In the present study, the effect of chemical treatment on graphite nanofibers (GNFs) supports with various concentrated nitric acids was investigated for methanol oxidation. To optimize the electrocatalytic activity, PtRu catalysts were deposited on GNF supports by impregnation method. The surface and structural properties of the GNF supports were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), element analyzer (EA), and X-ray diffraction (XRD). The morphology of the catalysts was observed by means of transmission electron microscopy (TEM). The electrocatalytic activity of PtRu/GNF catalysts was investigated by cyclic voltammetry measurement. As a result, the oxygen functional groups were introduced on the GNF supports and were gradually increased with increasing of concentrated nitric acid, causing the smaller particle size and higher loading level. And the electrocatalytic activity of the catalysts for methanol oxidation was gradually improved. Consequently, it was found that chemical treatments could influence on surface properties of the carbon supports, resulting in enhancing the electrocatalytic activity of the catalysts for DMFCs.

Relative humidity, membrane conductivity and water activity are critical parameters of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) for high performance and reliability. These parameters are closely related with temperature. Moreover, the ideal values of these parameters are not always identical along the channels. Therefore, the cooling channel design and its operating condition should be well optimized along the all location of the channels. In the present study, we have performed a numerical investigation on the effects of cooling channels on performance of a PEMFC. Three-dimensional Navier-Stokes equations are solved with the energy equation including heat generated by the electrochemical reactions in the fuel cell. The present numerical model includes the gas diffusion layers (GDL) and serpentine channels for both anode and cathode gas flows, as well as cooling channels. To accurately predict the water transport across the membrane, the distribution of water content in the membrane is calculated by solving a nonlinear differential equation with a nonlinear coefficient, i.e., the water diffusivity which is a function of water content as well as temperature. Main emphasis is placed on the heat transfer between the solid bipolar plate and coolant flow. The present results show that local current density is affected by cooling channels due to the change of the oxygen concentration and the membrane conductivity as well as the water content. It is also found that the relative humidity is influenced by the generated water and the gas temperature and thus it affects the distribution of fuel concentration and the conductivity of the membrane, ultimately fuel cell performance. Unit-cell experiments are also carried out to validate the numerical models. The performance curves between the models and experiments show reasonable results.

The operating temperature of Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) usually has to be limited under $100^{\circ}C$ to maintain the proper ionic conductivity. Therefore, the only product from reaction, water, is in the liquid phase. Two-phase flow makes the flow phenomenon in the channel difficult to understand and predict. Water blocking in the PEMFC channel or the pore of Gas Diffusion Layer (GDL), called flooding, is known as the main effect of PEMFC degradation. To analyze two-phase flow, the PEMFC with transparent acrylic plate was used. Two-phase flow patterns were observed by varying the current density. When the PEMFC is mounted horizontally, water in the cathode is mainly transported on the interface between the channel and GDL.

The ionic liquid-based sulfonated hydrocarbon composite membranes was prepared for use in anhydrous high temperature-polymer electrolyte fuel cells (HT-PEFCs). Ionic liquid behaves like water in the composite membranes under anhydrous condition. However the composite membranes show a low conductivity and high gas permeability as the content of ionic liquid increases due to its high viscosity and content of ionic liquid, respectively. Hence, in order to enhance the proton conductivity and to reduce the gas permeability of the composite membranes with low content of ionic liquids, the acid containing a common ion of ionic liquid was added to the composite membranes. The characterization of composite membranes was carried out using small-angle X-ray scattering (SAXS), thermogravimetric analyzer (TGA) and impedance spectroscopy. As a result, the composite membranes containing acid showed higher proton conductivity than those with no acid under the un-humidified condition due to a decrease in viscosity. In addition, the proton conductivity of composite membranes increased with increasing mole concentration of acid.

The simulation model for metal-supported Solid Oxide Fuel Cell(SOFC) is developed in this study. Open circuit voltage is calculated using Nernst equation and Gibbs free energy is required by thermodynamic. The exchange current densities are compared with experimental results since exchange current density is most effective factor for the activation loss. Liu's study is used for the exchange current density of cathode, BSCF, and Koide's result is applied for the exchange current density of anode, Ni/YSZ. For the ohmic loss, ionic conductivity of YSZ is described from Kilner's mode and the data are compared with Wanzenberg's experimental data. Diffusivity is an important factor for the mass transfer through the porous medium. Both binary diffusion and Knudsen diffusion are considered as the diffusion mechanism. For validation, simulation results at this work are compared with our experimental results.

In this study, we prepared electrodes containing ionic liquid for high temperature polymer electrolyte fuel cells. Effects of ILs on electrochemical properties of the electrodes were investigated carrying out measurement of cyclic voltammograms of the various electrodes with the content of IL in a strong supporting electrolyte. As the ILs content increased in electrodes, electrochemical surface area(ESA) decreased due to the leakage of ILs from Nafion ionomer. In addition, two case of cyclic voltammograms under two simulated environment, i.e. IL leakage from Nafion ionomer in I) electrode and ii) polymer electrolyte, were investigated. As a result, IL leakage from polymer electrolyte showed worse results in electrochemical properties of the electrode.

비백금계 코발트 전이금속 촉매를 탄소지지체에 담지한 뒤, 암모니아 분위기에서 $500^{\circ}C$에서 3시간 동안 열처리하는 과정을 통해 코발트 질화물 촉매를 제조했다. 제조된 촉매들의 구조와 형태를 각각 XRD, HE-TEM등을 통해 분석하였고, 전위 측정기를 이용한 CV, LSV 결과로부터 촉매의 전기화학적 산소 환원특성을 분석하여, 기존의 연료전지 양극 촉매로 사용되는 고가의 백금촉매를 대체하기 위한 비백금계로서의 가능성을 확인하였다.

차세대 에너지로 연료전지가 각광을 받고 있는 현재, 세계 각국에서는 연료전지의 상용화를 위해 노력하고 있다. 그러나 촉매분야에서 백금계 촉매의 사용량의 문제에 따른 매장량 한계점과 귀금속이라는 문제점이 존재하기 때문에 이에 대하여 대책강구가 필요한 시점이다. 이에 백금 촉매의 활성을 증대하고자 나노 크기의 제어 연구가 진행되고 있다. 또한, 촉매의 구조적인 면에 따라 촉매의 활성이 달라지는 점을 착안하여 백금계의 나노 형상 조절 연구와 백금계 촉매를 대체할 비백금계의 촉매 개발 연구가 활발히 진행되어지고 있다. 이에 본 연구는 백금계 촉매 중 Pd을 polyol process에 의한 나노 형상 조절을 통하여 단위 질량당(or 단위 부피당) 촉매의 활성을 높이고자 하였다. Polyol process에서는 환원제, 계면활성제, 온도, 시간, 기타 첨가제에 따라 나노 형상이 다르게 조절되는데, 이에 계면활성제로 PVP를 사용하고, 반응속도 및 형상조절을 위해 다양한 첨가제를 이용하여 polygonal Pd NPs을 형성하였다. 본 나노 형상 조절에서는 첨가제와 온도가 가장 큰 영향을 미치는 요인으로 착안하여 그에 따른 polygoanl Pd NPs의 사이즈 조절을 통해 전기화학 특성이 차이의 연구에 중점을 두었다. 이에 따라 나노 형상 조절이 된 Pd촉매를 이용하여 상용화된 촉매(Pd/C(XC-72R))에 비하여 전기화학적인 특성의 차이와 Pd 촉매의 촉매적 특성의 효과를 보고자 한다.

The performance loss as pressurized by inside components like GDL and bipolar plate happened when assembling the PEMFC stack with clamping force. Numerical analysis of Gasket was carried out to analyze distribution of clamping pressure about the inside components. In case of the gasket, Mooney-Rivlin model which is the Strain Energy Function was used for numerical analysis. This result made the stress distribution of bipolar plate to expect.

Direct Carbon Fuel Cells (DCFCs) generates electricity directly converting the chemical energy in coal. In the present study, effects of anode and current collector materials on the power density of DCFC are investigated experimentally. The adopted DCFC system is combined type of solid oxide fuel cells (SOFC) and molten carbonate fuel cells (MCFC) with the use of a liquid-molten salt anode and a solid oxide electrolyte, proposed by SRI. Power densities of 25 mm button cells with various combination of anode materials and current collector materials are measured.

전기도금 방법을 사용해 각기 다른 환원 전압과 전기도금시간에서 Pd 수지상 나노와이어(Pd DNWs) 전극이 합성 되었으며 그 성장 기작을 논의하였다. 전기화학적인 도금 공정 동안 Pd DNWs 이<111>방향으로 성장하는 것을 확인할 수 있었는데, 이것은 전해질 속의 황산음이온들이 Pd 의 (111)면에 흡착하기 유리하기 때문이라고 사료된다. 가해준 환원전압이 증가함에 따라, 단 결정 수지상의 나노와이어의 가지는 길어지고 얇아지는 경향을 보였다. 이것은 전기도금 시간이 아니라 환원전압에 의해서만 나노와이어 가지의 직경이 조절됨을 보여준다

폴리올프로세스에서 PVP(Poly Vinyl Pyrrolidone) 안정제와 $NaNO_3$ 첨가제를 통해 환원속도를 조절하여 6.8 nm의 나노 큐보옥타해드론을 합성하였다. 투과전자현미경을 통해 백금 나노입자의 격자구조를 관찰하였다. 전기화학적 측정방법을 통해 백금 큐보옥타해드론 촉매가 구형의 촉매보다 우수한 촉매 성능을 나타냄을 확인하였다. 순환전류법을 통해 백금 촉매의 역방향 픽과 순방향 픽의 비율이 더 높은 것을 관찰하였다. 이것은 백금 큐보옥타해드론 촉매가 반응중 생성되는 촉매독에 강하다는 것을 의미한다. 백금 큐보옥타해드론 촉매의 표면은 {111}면과 {100}면이 혼재하며 모서리가 많이 드러나 메탄올 산화반응에 더 우수한 촉매성능을 나타내는 것으로 사료된다. 백금 촉매의 모양을 조절함으로서 백금 촉매의 표면 구조를 조절하였으며 이를 통해 높은 전류밀도를 나타내는 우수한 촉매를 합성할 수 있었다. 또한 0 ~ 0.6 V(NHE) 영역에서 촉매의 안정성을 평가한 결과 더 높은 안정성을 나타냄을 확인하였다.

RF-스퍼터링법을 사용하여 메탄올 산화반응을 위해 박막형 전극을 제조하였다. 전극은 텅스텐 탄화물(WC)과 텅스텐 산화물($WO_3$), 그리고 백금(Pt) 타겟을 이용하였으며 그 구조적 특성과 전기화학적 특성을 TEM(Transmission electron microscopy와 CV(Cyclic Voltametry)를 통하여 촉매적 활성을 측정해 보았다. 같은 양의 백금과의 활성을 비교하고 활성을 확인하였다.

In this work, the magnetite ($Fe_3O_4$)/multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) composites for lithium secondary battery were prepared. Nano-$Fe_3O_4$ was deposited by chemical coprecipitation of $Fe^{2+}$ and $Fe^{3+}$ in the presence of MWNTs in alkaline solutions. Transmission electron spectroscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD) analyses indicated that nano-$Fe_3O_4$ particles had a good crystallinity of cubic specimens and many tiny particles attached on the surfaces of the MWNTs. The electrochemical properties of $Fe_3O_4$/MWNTs composites as anodes in lithium-secondary batteries were evaluated by cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge techniques. The as-prepared $Fe_3O_4$/MWNTs composites showed an initial lithium storage capacity of 1120 mAh/g and a reversible capacity of 394 mAh/g after 100 cycles, demonstrating better performance than that of the commercial graphite anode materials.

The multi-component ceramic proton conductor, $BaZr(Y)O_3-SiO_2-TiO_2-ZrO_2$ (BZY-STZ) and $LaPO_4-SiO_2-TiO_2-ZrO_2$ (LP-STZ), were synthesized by micro-emersion and sol-gel technique. The characterization of proton conductors were carried out using X-ray diffraction(XRD), thermogravimetric analysis(TGA), differential thermal analysis(DTA), impedance analysis. The proton conductors indicate the possibility of application for the intermediate temperature up to $700^{\circ}C$.

In recent times, starting up polymer electrolyte membrane fuel cells(PEMFC) in sub-zero condition is a great challenge of fuel cell electric vehicle(FCEV). The water produced in a cathode during PEMFCs operate. The water changes into the form of solid/ice in sub-zero temperatures and this makes trouble in PEMFC cells. Voltage of PEMFC drops and cold startup is failed. This paper describes an experimental study on the effect of thermal cycle to degradation of MEA in PEMFC.

A low temperature decal (LTD) transfer method is tried to fabricated hydrocarbon (HC) membrane based MEA. Sandwiched structures of outer ionomer/catalyst/carbon coating/substrate, which had been developed for Nafion membrane, are used for transfer of catalyst to the HC membrane. Performances of the HC MEA before and after 500hr continuous operation are compared and it is found that a severe delamination occurs at the interface between the HC membrane and the catalyst layer, which is the main reason of the low performance and its degradation. The delamination is due probably to the different nature of HC membrane to the Nafion ionomer. A substitutional method, therefore, is suggested to overcome this. In such a way, the outer ionomer process is removed and the low transfer rate of catalyst by skipping the ionomer process is compensated with optimization of other process variables such as transfer time or temperature. The resulting performance is superior to the original LTD method, which can be explained in terms of low resistive components both in ohmic and kinetic.

Effects of aqueous ammonia soaking to three annual plants (hemp woody core, tobacco stalk and corn stover) awere investigated to focus on the enzymatic saccharification characteristics change by this treatment. At two different levels of treatment ($90^{\circ}C$-16 h and $45^{\circ}C$-6 days), higher temperature treatment led to more enzymatic saccharification of cellulose to glucose by commercial cellulase mixtures (Celluclast 1.5L and Novozym 342 from Novozyme Korea). Difference among annual plants were significant. corn stover was the best response to enzymatic saccharification of cellulose and xylan by comercial enzymes all treatment conditions but tobacco stalk was the worst response to all of them. chemical composition or physical structure difference may brought this difference.

A sea water source cascade heat pump was designed and tested in this study. The system was designed to perform a single stage operation in summer, as well as a cascade operation in winter to ensure the high temperature lift. A steady-state simulation model was developed to analyze and optimize its performance. The simulation results show that the R717 exhibits best performance among combinations considered in this study. A R410A also exhibits the highest performance among HFCs with the smallest compressor displacement. A 15-RT R410A-R134a pilot system was installed in the 5-story commercial building at Samcheok City by the East Sea. A scroll type R410A compressor, a reciprocating type R134a compressor, plate type condenser/evaporator/ cascade heat exchanger and two electronic expansion valves were used to build a pilot. A titanium plate type heat exchanger is also used for the heat exchanging with a sea water. The heat source/sink water is supplied from the well below the seashore in the depth of 5 m. In the initial test of the system, supply water temperature was rising up to $67^{\circ}C$ using a sea water heat source of $9^{\circ}C$, while an ambient temperature was $4.5^{\circ}C$.

본 연구에서는 바이오에탄올 가격 경쟁력 확보를 위하여 옥수수 및 사탕수수와 같은 식량자원이 아닌 맥주 제조 후 발생되는 폐기물로부터 바이오에탄올을 제조함으로써 기존의 바이오에탄올의 원료로 사용되는 작물의 수급의 불안정 및 곡물가격의 상승에 의한 원료의 가격상승 등에 따른 높은 생산단가에 대한 문제점을 해결할 수 있을 것으로 기대하며, 맥주발효 폐효모액을 이용한 바이오에탄올 제조 특성을 살펴보기 위하여 1일 30톤의 바이오에탄올 제조 공정 해석을 수행하였다.

The development of large-scale environmental friendly livestock complex in the reclaimed tideland is one of different alternatives to increase the competitiveness of internal livestock industry against an international opening markets as DDA and FTA in agricultural field. Recently, it is possible to introduce an environmental friendly livestock complex in the reclaimed tideland by an amendment of the acts for agricultural land. However more studies that are on the basis of nitrogen and phosphorus mass balance need to preserve the agricultural environments as the quality of agricultural water and soil in rural area. In this study, the reference for feasibility study is Whaong reclaimed tideland which located at Whaseong city, Gyeonggi Province, and a basic concept of environmental friendly livestock complex is the production of forage crops with the supply of liquid fertilizer and the production of bioenergy such as biogas by the recycling of pig slurry as a resource. The mass balance of nitrogen based on between forage crops such as maize, barley and liquid fertilizer supplied at the reclaimed tideland, and also it was estimated an economical efficiency as anaerobic digestion plant for treating pig slurry of $100m^3/day$ introduce in an environmental friendly livestock complex.

최근 바이오매스를 친환경 소재로 활용하기 위한 연구개발 및 응용연구가 세계적으로 활발하게 진행되고 있다. 바이오매스를 기반으로 한 대표적인 친환경 소재는 바이오복합재료로서 현재 자동차의 내 외장재료로 사용되고 있으며 응용분야가 전자재료, 포장재료 등으로 다양하게 확대되고 있다. 바이오매스는 이산화탄소 흡수원일 뿐만 아니라 바이오매스를 이용한 바이오복합재료는 경량재료로서 자동차에 사용될 때 연비향상에 의해 이산화탄소 저감에 크게 기여할 수 있다. 최근에는 바이오매스를 기반으로 하여 고강도 특성 등 기존재료에 비해 우수한 특성을 가지는 나노소재를 제조하고 이를 다양한 에너지소재로 활용하기 위한 연구도 활발하게 진행되고 있다. 본 논문에서는 바이오매스를 기반으로 한 친환경 소재로서 바이오매스를 기반으로 한 바이오복합재료 및 친환경 나노소재의 연구동향 및 응용분야에 대해 소개하고자 한다.

To evaluate short rotation forestry candidates, seven clones of Salix hultenii were investigated as focused on chemical compositions and energy contents. There were significant variations in chemical compositions and energy contents among different clones. Variations in hot-water extractives content were 6.6-16.0% and 19.6-25.4% variation in lignin content. In carbohydrate compositional analysis, xylan contents were 7.5-13.1% with variation among different clones. Higher heating values were 17.69-20.02 MJ/kg.

화석연료의 고갈과 지구온난화 문제를 해결하기 위한 신재생에너지 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 이러한 신재생에너지 기술 중의 하나로 바이오매스를 이용한 기술을 들 수 있는데, 바이오매스 중 초본계 농업부산물인 왕겨, 볏짚은 2007년 기준으로2,456 천TOE/년의 가치를 가지며, 청정에너지원으로서의 가능성이 높은 것으로 알려져 있으나, 현재 농업부산 폐자원은 퇴비, 가축사료 등의 단순 활용이 대부분을 차지하고 있어, 열분해 가스화를 통한 고효율 에너지 이용 시스템 개발로 기존 단순 활용에 그치던 농업부산 폐자원의 고부가가치 이용이 절실히 필요한 실정이다. 본 연구에서는 초본계 농업부산물인 왕겨를 이용한 열분해 가스화 시스템에 대한 운전 특성 분석 및 해석을 통하여 초본계 농업부산물을 이용한 에너지 자원화 및 고효율 에너지 이용을 위한 방안을 모색하였다.

바이오매스 에너지라 함은 생물체를 구성하는 유기물을 이용하는 에너지이다. 바이오매스는 에너지 위기 및 $CO_2$에 의한 지구온난화 및 화석자원의 고갈이 진행되면서, 화석연료와 달리 재생이 가능하고 지속 가능한 자원으로 각광을 받고 있다. 그 중에서도 목질계 바이오매스는 다른 신재생에너지원에 비해 국내 잠재량이 가장 풍부한 에너지원 중의 하나이다. 바이오매스 에너지 기술로는 직접연소, 열화학적 변환, 생화학적 변환의 기술이 있다. 본 연구에서는 목재를 원료로 한 부분산화 조건의 숯 생산 공정에서 목재의 열분해 가스 생산특성을 고찰하였다. 열분해가스 중에 응축된 목초액의 pH는 3.58～3.92 정도로 분석 되었고, 산도는 시간이 경과 할수록 2.74에서 4.44%로 농도가 증가 되었다. 숯 생산 공정에서의 목재의 열분해는 초기부터 48시간까지는 열분해가스의 조성의 변화가 거의 없었고, 48시간 경과 후에는 열분해가스 중에 가연성가스인 $H_2$, CO, $CH_4$가 약 5%정도 배출되는 것을 알 수 있었다.

2세대 바이오연료 생산에 적용되는 미세 조류의 열화학적 전환 특성을 열천칭 반응기를 이용하여 고찰하였다. 반응 온도 (500 - $800^{\circ}C$)와 수분 함량 (0-60wt.%)을 변수로 하였으며 미세조류로서 가장 널리 이용되는 클로렐라를 이용하였다. 대표적인 열화학적 전환 반응인 열분해, 부분 산화 (5%), 연소 반응을 고찰하였으며 실험 영역에서 반응온도 및 산소의 분압이 증가함에 따라 탄소 전환율이 증가하였으며 Shrinking-core model을 사용하여 반응 차수를 구하였다. 가스화 영역인 부분 산화 (5%) 조건에서의 activation energy와 frequency factor 값은 각각 19.60 kJ/mol, $2.47{\times}10-1\;s^{-1}$ 이었으며 산소 분압에 의한 반응 차수는 0.209 임을 확인하였다. 수분 함량에 따른 클로렐라의 반응 특성을 살펴보면, 수분 함량이 증가함에 따라 탄소 전환율과 반응성이 감소하는 경향이 발견되었다. 열분해의 경우, 건조 시료에 비하여 수분 함량이 늘어남에 따라 탄소 전환율과 반응성이 급격하게 감소하는 경향을 보였다. 반면, 부분 산화(5%) 및 연소의 경우에는 건조 시료, 수분 함량 20, 40% 시료의 탄소 전환율과 반응성은 거의 일정하였다. 그러나 수분 함량이 60%가 되면서 탄소 전환율 및 반응성이 급격히 떨어졌다.

Production and application of biodiesel are expected to grow steadily in the coming years and thus output of its by-product, crude glycerin, will accordingly increase as well. In the present study, gasification of biodiesel by-product as a renewable energy was performed in an entrained flow gasifier to investigate the gasification performance with the operating conditions. Crude glycerin shows a high heating value of 6,000 kcal/kg and low ash and sulphur content. Gasification was conducted in a temperature range of $950\;{\sim}\;1500\;^{\circ}C$. The variation of syngas composition with excess air ratio of 0.17 ~ 0.7 for air or oxygen as a gasification agent was investigated. From the results, syngas heating value, carbon conversion and cold gas efficiency of more than $2500\;kcal/Nm^3$, 95% and 65% were achieved, respectively. The temperature dependency of syngas composition, carbon conversion, and cold gas efficiency shows a similar tendency to excess air ratio at the temperature corresponding to the excess air ratio. The $H_2/CO$ ratio of the product gas was varied from 1.25 to 0.7 with the excess air ratio and this gas composition was favorable for DME synthesis. The optimum excess air ratio for gasification of biodiesel by-product was evaluated to be an approximately 0.35 to 0.4. The present results indicate that crude glycerin can be utilized as a feedstock for gasification to make syngas.

The purposes of this study are to consider the influence of topography resolution on atmospheric flow simulation and to suggest a method of atmospheric flow simulation using a low-resolution DEM. Simulations using a low-resolution DEM has more critical error at near surface than simulations using high-resolution DEM because it is ignored the small curve topography of high-resolution DEM. Therefore when we convert the height differences between low-resolution DEM and high-resolution DEM into the topography roughness, we can be able to reduce the error on atmospheric flow simulations.

This global case study pursues diversification and intensification for an application system of the national wind map which has been developed to support national strategy building and promotion of wind energy dissemination. We chose nine counties' national wind maps and compared their map area, extraction height, temporal and spatial resolution, download services, etc. to derive a best practice for the Korea wind map application system. Therefore, the application system are designed to offer high resolution height information of which covers wind turbine rotor sweeping area and time-series dataset which can be downloaded for further analysis by users. It is anticipated that the system would contribute greatly to wind energy policy, business and research sectors once the derived ideas have been implemented to the application system

This study has analyzed the scale, location, resource potential and feasibility of offshore wind farm scientifically and systematically based on the national wind map and GIS (Geographic Information System). For long-term wind power development, this study pursues siting strategy building, selection of target area and deciding development priority as well as the presenting a basis for assessment that are necessary for policy decision making by making theme layers under GIS environment. According to the analysis after organizing technological development by stages, even if only the most suitable sites are developed among the area of offshore wind farm candidates that can be developed under the current technological standard, it has been evaluated as being able to develop about 3 times of the wind power dissemination target until 2012. It is expected that about 5% of territorial water area can be developed in a short-term future while the southern offshore area possessing relatively favorable wind resource than the western offshore has been identified as the most feasible site. While about 23% of territorial water area has been classified as potential area for offshore wind farm development in a long-term future, even Jeju Island and offshore of Ulsan possessing excellent wind resource have been analyzed as feasible sites. The feasibility assessment of offshore wind farm development established by this study is expected to assist national strategy building for accomplishing the wind power dissemination target.

The numerical simulation optimized by Four Dimensional Data Assimilation (FDDA) with Quick Scatterometer (QuikSCAT) data is carried out to evaluate wind resource characteristics at various heights in the southeastern area of the Korean Peninsula, where wind farms are planned to be built on on- and off-shore as well as comparable diurnal wind variations are characterized at the surface. The temporal and spatial distributions of modeled wind speeds showed good agreement with the observations based on the temporal variation analysis. Model results indicate that the higher model is performed in resolution, the more precise results is at turbine hub height. Occasionally, wind speed variations for each numerical resolution has a different regional and seasonal variations. In the coast area, hub height wind speed of 9km-resolution is simillar to that of 3km-resolution. On the other hand, hub height wind speed of 3km-resolution is simillar to that of 1km-resolution in the Jiri mountainous area.

Variable loads along the drive-train are attributed to frequent failures of gears, bearings, and other components. Wind parameters cannot be controlled and therefore any turbine load-reducing remedies must be established based on proper insights into the wind-turbine interactions. A novel control concept to performance optimization of wind turbines is presented. This proposed concept is based on analysis of the turbine status reflected in the SCADA data. Modern computational techniques are used to optimize performance of a wind turbine from tree basic perspectives: drive-train, power output, and power quality. The proposed approach demonstrates that gains in the metrics representing the three perspectives and the corresponding control goals can be significantly improved for any wind turbine. The solution is applicable different turbine types operating in different wind regimes, e.g., winds of different speeds and variability. Simple and transparent parameters allow an operator to determine a balance between the operations and maintenance, technical, business objectives. The proposed modeling framework was embedded in software. The software tool has been tested on the data collected from 1.5 MW wind turbines.

Gearbox is used to converter the power with high torque and low speed into the power with low torque and high speed. Gearbox housing should be sustained to prevent rotation of gearbox itself due to the difference between input and out torque. Uneven wind causes the reaction system to have unwanted reactive loads together with predictable pure torque. These unwanted reaction loads often cause the failure of gearbox due to bad gear mesh. In this paper, pure torque reaction system is proposed to prevent the failure of gearbox. Effectiveness and functionality of the proposed reaction system are demonstrated through the numerical analysis.

Recent alarming acceleration of global warming has made power generations using renewable energy to be in the middle of the spotlight. Korean government has also announced that it will make the related industry to be nation's one of main export items with high investments to low carbon green growth industry. To achieve this goal of exporting the renewable energy power generation system beyond domestic use, internationally acceptable rules should be applied and the three step processes of design, performance assessment and certification should follow international standards. Corresponding this international requests, IEC(International Electrotechnical Commission) is conducting the establishment of rules in TC88 for technical requirements of wind turbines. Design life-time of a wind turbine is required to be at least 20 years. In the meantime, the wind turbine will experience a lot of load cases such as extreme loads and fatigue loads which will include several typhoons per year and extreme gusts with 50 years recurrence period as well as endless turbulence flow. Therefore, IEC 61400-1 specifies design load cases to be considered in the wind turbine design and requires the wind turbine to withstand the load cases in various operational situations. It thus appears that the examination of contents and decisions discussed in the international standard committee will help people in the field of offshore wind energy and ocean energy converters.

Unison의 U50 풍력발전기는 실증실험을 거쳐서 상용화 되어 시장에 제품으로 나와 있다. U50에 사용되는 영구자석 동기발전기는 Stator 내경 3.32 m 로 84극을 가지고 있으며 정격 25 rpm으로 운전되는 직접구동형이다. 직접구동형 발전기는 Gearbox 가 불필요한 반면에 높은 torque로 인해서 발전기가 무거운 단점이 있다. 기존의 U50 에 사용되는 발전기는 지지 구조물까지 포함할 경우 총중량이 약 20톤 이상이다. 발전기의 중량을 줄이고 경량화 시키기 위하여 slot에 들어가는 Ampere turn을 증가시키고 turn 수를 증가시켜서 기존과 유사한 전압, 전류, 출력을 유지하면서 축방향 Stator 길이를 감소시킨 최적화 모델에 대한 설계에 대하셔 연구를 진행하였으며 이 보고에서는 그 결과와 절차에 대해서 요약한다.

Offshore wind energy is gaining more attention. Ensuring proper design of offshore wind turbines and wind farms require knowledge of the external conditions in which the turbines and associated facilities are to operate. In this work, a three-bladed 5MW upwind wind turbine, which is supported by the monopile foundation, is studied by use of fully coupled aero-hydro-servo-elastic commercial simulation tool, 'GH-Bladed'$^{(R)}$. Specification of the structures are chosen from the OC3 (Offshore Code Comparison Collaboration) under "IEA Wind Annex XXIII-subtask2". The primary external conditions due to wind and waves are simulated. Design Load case 5.2 is investigated in this work. The steady state power curve and power production loads are evaluated. Comparison between different codes is made.

In order to investigate the offshore wind resources, the "QuikSCAT Level 3" data by the QuikSCAT satellite was analyzed from Jan 2000 to Dec 2008. QuikSCAT satellite is a specialized device for a microwave scatterometer that measures near-surface wind speed and direction under all weather and cloud conditions. Wind speed measured at 10 m above from the sea surface as extrapolated to the hub height by using the power law model. It has been found that the high wind energy prevailing in the south sea and the east sea of the Korean peninsula. From the limitation of seawater depth for piling the tower and archipelagic environment around the south sea, the west and the south-west sea are favorable to construct the large scale wind farm. Wind map and monthly variation of wind speed are investigate at the positions.

This paper introduces the design concepts and characteristics of WinDS3000$^{TM}$ which is a trade mark of Doosan's 3MW offshore/onshore wind turbine. WinDS3000$^{TM}$ has been designed in consideration of high RAMS (Reliability, Availability, Maintainability and Serviceability) and cost effectiveness for the TC Ia condition in GL guideline. An integrated drive train design with an innovative three-stage gearbox has been introduced to minimize nacelle weight of the wind turbine and to enhance a high reliability for transmission. A permanent magnet generator with full converter system has been introduced to get higher efficiency in part load operation, and grid friendliness use of 50 Hz and 60 Hz grid. A pitch regulated variable speed power control with individual pitch system has been introduced to regulate rotor torque while generator reaction torque can be adjusted almost instantaneously by the associated power electronics. An individual pitch control system has been introduced to reduce fatigue loads of blade and system. The wind turbine has been also equipped with condition monitoring and diagnostic systems in order to meet maintainability requirements. And internal maintenance crane in nacelle has been developed. As a result, the maintenance cost was dramatically reduced and maintenance convenience also enhanced in offshore condition.

본 논문에서는 상호역회전 풍력발전기와 New Yaw System 실증시험에 대하여 제시한다. 상호역회전 풍력발전기는 공기의 유동을 가진 운동에너지의 공기역학적(aerodynamic) 특성을 이용하여 동일한 바람방향에 대해 상호 반대방향으로 회전하는 Front Blade와 Rear Blade를, Generator의 Rotor와 Stator에 각각 결합 형성한 것으로, Generator와 Dual Blade의 회전력이 원심력이 아닌 구심력으로 변환되어 무게중심이 균형을 이루게 한다. 이렇게 변환된 구심력은 회전구동부분의 편마모 현상, 소음발생 현상 및 불균형 톨크 발생 현상 감소효과가 공히 구현되도록 하여 풍력발전기의 구조적 안정성 및 발전효율 증대효과를 얻을 수 있도록 한 기술이다.

국내 해역의 해상풍력 개발 가능량을 평가하기 위하여 풍황, 수심 등을 고려하여 개발 가능량을 추정하였다. 풍력등급 3 이상, 수심 50 m 이내의 영역에 대하여 사회.환경적 영향을 고려하기 위한 제약조건을 반영하여 개발 가능량을 산출하였으며, 현재의 기술수준으로 개발 가능하다고 판단되는 수심 30 m 이내의 영역에 대한 개발 가능용량이 약 11 GW 정도로 추정됨에 따라 풍력발전 용량을 2030년까지 7.3 GW 이상 확보하고자 하는 국가 신재생에너지 보급목표의 달성 가능성이 기대된다. 본 연구결과는 해상풍력 개발단지 선정을 위한 기초 자료로 활용되며, 입지 선정 후 기상관측, 환경영향조사 등의 세분화된 단지조사를 통한 해상풍력 실증단지 설계 및 경제성 평가 등이 계속 진행될 예정이다.

The purpose of this work is to predict the low frequency aero-acoustic noise generated from the horizontal axis wind turbine, NREL Phase VI using large eddy simulation and Ffowcs-Williams and Hawkings model provided in the commercial code, FLUENT. Calculated aerodynamic performances such as shaft torque and power are compared with experimentally measured value. Performance results show a good agreement with experimental data within about 0.8%. If the distance by two times is changed from 32D to 64D toward the downstream region, sound pressure level is reduced by about 6.4dB.

풍력터빈 블레이드에서 발생하는 공력소음원의 위치 특성을 파악하기 위해 마이크로폰 어레이를 사용하여 소음원 풍동시험을 수행하였다. 풍동시험은 KARI 중형 아음속풍동에서 수행되었으며, 소음원의 위치파악을 위해 시간영역 회전체 빔포밍기법을 사용하였다. 기존 시간영역 회전체 빔포밍 기법의 경우 시험데이터 해석에 많은 시간이 소요되나, 본 논문에서는 원통형 좌표계에서 회전각 격자간격과 해석기간 간격 사이의 상관조건을 도입하여 데이터 해석시간을 기존 방법 대비 1/5로 단축하였다. 시험결과 나타난 주파수에 따른 블레이드 공력소음원의 위치 특성은 2kHz 이하 대역에서는 블레이드 반경 80% 부근에 주소음원이 위치하며, 4kHz 이상 대역에서는 블레이드 끝단 부근에 주 소음원이 위치하고 있다.

This research describes on airfoil shape design, crucial to core technique and algorithm optimization for the wind turbine blade development. We grasped the parameter to define the airfoil shape in the wind turbine blade and aircraft, and the important performance characteristic of the airfoil. The airfoil shape function is selected by studying which is suitable for wind turbine blade airfoil development. The selected method is verified by to compare the generated airfoil shape with base airfoil. The new airfoils were created by the selecting shape function based on the well-known airfoil for wind turbine blades. In addition, we performed aerodynamic analysis about the generated airfoils by XFOIL and estimated the point of difference in the airfoil shape parameter using the aerodynamic performance results which is compared with basic airfoil. This result data applies to the fundamental research for a wind turbine blade optimization design and accomplished the aerodynamic analysis manual.

This study describes aerodynamic characteristics for the HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) rotor blade using general CFD(Computational Fluid Dynamics) code. The boundary conditions for analysis are validated with the experimental result by the NREL (National Renewable Energy Laboratory)/NASA Ames wind tunnel test for S809 airfoil. In the case of wind turbine rotor blade, complex phenomena are appeared such as flow separation and re-attachment. Those are handled by using a commercial flow analysis tool. The 2-equation k-$\omega$ SST turbulence model and transition model appear to be well suited for the prediction. The 3-dimensional phenomena in the HAWT rotor blade is simulated by a commercial 3-D aerodynamic analysis tool. Tip vortex geometry and Radial direction flows along the blade are checked by the analysis.

This study describes aerodynamic noise of high speed wind turbine system, which is invented as a new concept in order to reduce the torque of main shaft, for design parameters of the rotor blade. For parametric study of high speed rotor aerodynamic noise, Unsteady Vortex Lattice Method with Nonlinear Vortex Correction Method is used for analysis of wind turbine blade aerodynamic and Farassat1A and Semi-Empirical are used for low frequency noise and airfoil self noise. Parameters are chord length, twist and rotational speed for this parametric research. In the low frequency range, the change of noise is predicted the same level as each parameters varies. However, in case of broadband noise of blade, the change of rotational speed makes more variation of noise than other parameters. When the geometric angles of attack are fixed, as the rotational speed is increased by 5RPM, the noise level is increased by 4dB.

Power generation of wind turbine which is installed in wind farm should be measured to predict economic feasibility of wind farm. Also electric power company want to verify wind turbine performance which is stated by manufacturer. The International Electrotechnical Commission(IEC) published 61400-12-1 "Power performance measurements of electricity producing wind turbines" for test of wind turbine power performance. In this paper, measurable sector of wind speed is analysed based on IEC 61400-12-1 to verify power curve of wind turbine with various wind turbine in wind farm.

To construct the wind map for mainland Korea, the well designed atmospheric numerical modeling system was used. Three nest domains were construced with spatial resolutions between $10{\times}10km$ up to the hightest resolution of $1{\times}1km$. Parameterization schemes like MRF(PBL), RRTM(radiation), Grell(cumulus) were chosen since wind data simulated is in better agreement with the observed wind data. High-resolution atmospheric numerical model was applied to simulate the motion of the atmosphere and to produce the wind map around the South Korea. The results of several simulations were improved compare to the past system, because of using the fine geographical data, such as terrain height and land-use data, and the meteorological data assimilation.

The national wind map of South Korea has been established as a core data to support national strategy building and promotion of wind energy dissemination. The national wind map has been made by numerical wind simulation with the spatial resolution of 1 km horizontal, 10m vertical and temporal resolution of 1 hour interval for 5 years period (2003-2007). Therefore, an application system linked with the national wind map named KIER-WindMap$^{TM}$ is being developed to be used by the government, local government, developers and researchers. We introduce the current status of the application system and the future development plans.

The objective of this research aims preliminary assessments of the proposed plans of offshore wind farm development based on the recently established national offshore wind map and suitability assessment system of offshore wind farm. Incheon Mueodo, Busan Dadaepo-Gadukdo, Sinangun Haeodo have been assessed considering geographic constraints such as water depth, offshore distance, national park, grid connection, and meteorological constraint such as wind power density and wind direction. According to the assessment, Mueodo plan has a weak point in grid connection and several geographic limitations are involved in Haeodo plan while Dadaepo-Gadukdo seems the most possible plan among the review cases. Because of limited assessment in this research, more detail and further consideration are necessary to make a decision of a feasibility project at proposed sites.

In recent day, many people are interested in wind resource for generation of electric power. Especially, it is made assessment the possibility of generation of electric power by wind resource originated from running cars and buses in downtown or highway. Moreover bus, driven in the exclusive lane, is focused on possibility of generation electric power on highway because median strip makes fast flow way between bus body and median strip and a pattern will appear in the flow way like drag coefficient. But nobody can guess whether the induced flow will increase or decrease and estimate amount of change of drag coefficient. Solving drag coefficient of bus running highway is the point of this paper. To solve this problem, we use the CFD method. The model is a bus simplified without mirror and gates. In order to assess result, the flow analysis surrounding the bus on the flat road where median strip is not installed has been compared with road with median strip. Solving condition is that the driving highway and median strip are running with 100km/h (27.8m/s).

A severely cold weather condition of King Sejong Station, Antarctica becomes a very severe condition for an installation/operation of wind generation system. When the existing wind generation system works, it may cause a damage and destruction of wind generation system and can bring about big problems in terms of the power quality. Accordingly, it is essential to obtain technologies for the installation and operation of small wind generation system for the polar region's wind generation, and to assess and demonstrate the performance in the severely-cold environment and the polar wind generation system's development, supplementation, alteration. Also, as the available power of King Sejong Station, Antarctica, the diesel generator has been mainly used, and the wind generator has been used in the hybrid form. Wind generation and diesel generation has the different load following control each other. In the wind generation, the generated power very rapidly changes according to the change of the velocity of the wind. On the other hand, the diesel generation shows very gentle change in the velocity of output. Therefore, the study is intended to analyze the 10kw small wind generator-diesel generator's power quality of King Sejong Station, Antarctica, which is the hybrid system installation area.

고창의 전력품질 실증시험장에서 계통에 연계된 풍력발전 시뮬레이터를 이용하여 풍력발전기의 특성을 파악하기 위해, 가변 풍속에서 이중여자 풍력발전기의 회전속도와 유효전력의 변화가 계통에 미치는 영향을 분석하였다. 고창의 전력품질 실증시험장은 22.9kV 계통에 전력품질 향상기기(DVR, STATCOM, SSTS)와 전력품질 외란 발생장치 등이 구축되어 있다. 모터와 VVVF를 이용하여 풍력발전기의 블레이드를 구현하고, 유도형과 이중여자 유도형 풍력발전기를 모의할 수 있는 시뮬레이터를 개발하였다. 선로의 길이를 20 kM로 가정하고, 덕적도의 풍속데이터를 이용한 가변풍속 패턴을 설정하여 풍력발전기의 회전속도에 대한 출력특성을 확인하였다.

풍력을 이용한 풍력발전기의 효율적 전력변환 시스템을 연구개발하기 위해서는 바람의 특성을 실내에서 정확히 구현할 수 있는 모의시험장치인 시뮬레이터가 요구된다. 모의시험장치는 바람을 받아 회전하는 블레이드 대신 풍속 값을 입력하여 전동기가 발전기에 토오크(torque)를 공급하게 된다. 모의시험장치를 설계하고 구현에 있어서 중요한 요소는 블라인드의 관성시정수와 축소모델인 5.83kW 모델 발전기 설계제작 그리고 고효율의 전력변환장치 설계 및 인버터 특성 알고리즘 구현이다. 본 논문은 2MW Gearless형 풍력발전기 KBP-2000M을 400:1 축소하여 제작한 모의실험장치에 최고의 출력 파워를 얻도록 Pitch Control 알고리즘을 적용한 측정 결과를 소개한다.

도로 환경 모니터링을 위한 센서 노드의 전력원으로 유도풍을 이용한 압전에너지 하베스팅 기술은 기존 재생 에너지의 설치 및 작동 조건에 영향을 받지 않고, 도로상에 주오염원인 자동차에서 발생되는 폐에너지를 활용하는 친환경적 에너지 순환시스템을 구현하는 핵심 요소이다. 차량 유도풍에 의해 발생되는 풍압으로 도로 상의 구조물에 진동을 유발한다. 이 때 발생한 진동 에너지는 압전체를 통해 전기 에너지로 변환, 저장할 수 있다. 이렇게 저장된 에너지는 센서의 구동과 무선 데이터 송수신을 위한 센서 노드의 전력원으로 사용함으로써 별도의 전력원이 필요없게 된다. 본 연구에서는 60km/h로 주행하는 한 대의 차량에 의해 2.7m/s의 유도풍이 발생하여 0.6g로 도로 상의 구조물에 에너지를 전달하게 된다. 전달된 에너지가 압전체를 통해 15uJ 전기에너지로 저장된다.

Wind classification for exact estimation of wind energy resources was carried out using numerically simulated wind data for three years. The MM5(a fifth-generation Mesoscale Model), developed at Penn State University and the National Center for Atmospheric Research (NCAR), was used to estimate the wind fields in this study. We also use a variant of the K-mean clustering to classify the wind district and define the relation between districts. Wind estimated at surface and 100 m high at Busan area is classified into the 10 and 7 classes, respectively. These discrepancies of wind districts pattern at surface and upper air meteorological data indicates the quantity of wind resources can be changed according to the level of wind data used in estimation. Therefore, the estimation of wind district classification by reasonable wind data is utilized to build the effective policy for wind energy dissemination.

When we urgently need to develop and supply an alternative energy, wind power is growing with much interest because it has relative low cost of power and area of tower. To estimate the wind power resource, it is necessary to make an observation first. Although the large wind falm and resources are near coast and mountain area, the wind energy in urban area has the strong thing of direct access to power generator. In this study, we estimate the probability of wind energy above urban area using SODAR data, which is located at the top of the tall building (140m).

In order to reduce damage from natural disasters, prevention activities through analysis and predicting based on meteorological factor and damage data is required. Other countries already have continuously studied on natural disasters and developed reducing disasters damage. But the risk assessment model for natural disaster is not to Korea. Therefore, a previous model of hurricane, Florida Public Hurricane Loss Model(FPHLM), is the basis and is applying to domestic situation. Accordingly, this study introduces the variables selecting process because input variables should be selected under Korea present state and be used. The estimating representative damage method would be necessary along with selecting housing types representing relevant areas because estimating damage amount of all over relevant areas housing was very hard during damage estimating process. But there is no exact representative housing types in the Korea. Therefore, we select housing types applicable to risk assessment model for natural disasters representing the Korea through previous studies and literature reviews. We using ASCE 7-98(Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, 1998) standard which estimated wind load using 3-second gust. ASCE 7-98 divided Main Wind Force Resistance System(MWFRS) and Component and Cladding(C&C) and it estimated wind load. Therefore, we estimate wind load affected by 3-second gust of a typhoon Maemi through calculating wind load process using selected representative detached house types in the process of selecting input variables for previous disaster predict model. The result of houses damage amount is about 230 hundred million won. This values are limit the 1-story detached dwelling, 19~29pyeong(62.81~95.56 $m^2$) of total area and flat roof. Therefore, this process is possible application to other type houses.

Most of the historic hot springs are artesian wells in Korea. However, many boreholes have been drilled due to the shortage of hot water, and hot water is now being pumped by submersible pump installed at most of hot spring areas. The distribution of boreholes are expected to be related to the geological structure, and the study was carried out to interpret the relationship between two factors. The distributional maps of boreholes were made and the geological structures were interpreted at eight hot spring areas. Some distributions of boreholes have no special direction, and these are not related to the geological structure at Dogo, Suanbo, and Deoksan. The others are consistent with the direction of the geological structure at Goseong, Onyang, Sokcho, Yuseong, and Bugok.

In this study, HFC ORCs (Organic Rankine Cycles) are investigated for a low-temperature geothermal power generation by a simulation method. A steady-state simulation model is developed to analyze and optimize cycle's performance. The model contains a turbine, a pump, an expansion valve and heat exchangers. The turbine and pump are modelled by an isentropic efficiency. Simulations were carried out for the given heat source and sink inlet temperatures, and given flow rate that is based on the typical power plant thermal-capacitance-rate ratio. 3 HFC fluids are considered as a candidate for a working fluid of low-temperature ORCs. In this study, all optimized HFC ORCs are shown to yield almost the same performance in terms of power for a low-temperature heat source of about $100^{\circ}C$.

지열에너지는 지구가 생성될 당시부터 지구 내부에 존재하는 무한한 열에너지로 온실가스 배출이 적으며 태양광이나 풍력 등 다른 신재생 에너지와는 달리 일정한 에너지를 공급할 수 있는 항상성 에너지로 기저부하를 담당할 수 있다. 지열을 이용한 전력 생산은 1904년에 이탈리아 라데렐로에서 처음으로 시작되었으며, 현재까지 화산지대를 중심으로 활발히 이루어지고 있다. 2001년에서 2005년 사이에 전세계 지열발전용량은 약 13% 증가하였으며, 2005년을 기준으로 약 8,933MWe의 지열발전설비가 가동 중이다. 최근 들어 지하 심부까지 시추하여 지열저장소(geothermal reservoir)를 형성하고 이를 통해 지열에너지를 생산하는 새로운 시스템인 EGS(Enhanced Geothermal Systems)가 개발됨에 따라 비화산지대에서도 지열발전소를 건설하려는 움직임이 가속화되고 있다. EGS는 지하 심부의 불투수성 결정질 암반에 존재하는 지열에너지의 경제적인 생산뿐만 아니라 물을 주입하여 생산시키는 순환 방식을 이용하여 지열에너지 획득의 매개 역할을 하는 지열수의 고갈 문제를 해결하였다. 결정질 암반에서의 지열저장소의 형성은 암반 내에 분포하는 불연속면에서 주로 발생하며, 이를 위한 압력 조건은 현지 암반의 응력 분포 특성과 암반 및 불연속면의 물성에 좌우된다. 시추공을 통해 지하 심부의 암반에 수압이 가해지면 물의 주입으로 불연속면의 마찰력이 감소하며, 이로 인해 불연속면에 전단변형이 발생하게 된다. 전단변형은 불연속면을 열린 상태로 유지시켜 지열저장소를 형성하게 된다. 불연속면의 전단 변형시 발생하는 미소 탄성파는 시추공 주변에 설치한 모니터링 장비에서 측정되며, 모니터링 장비에 의해 측정된 미소 탄성파 발생 지점의 클러스터는 지열저장소의 공간적 분포 및 규모를 추정할 수 있는 자료가 된다. 현재 EGS를 이용한 지열발전 프로젝트는 프랑스 슐츠, 스위스 바젤, 호주 하바네로에서 대표적으로 진행 중이다. 슐츠는 현재 1.5MWe의 파일럿 플랜트를 가동 중이며, 하바네로는 파일럿 플랜트 건설 단계를 진행중이다. 스위스 바젤은 지열저장소를 형성시킬 목적으로 수행된 주입시험에서 발생된 문제에 대한 기술의 신뢰성을 확보할 목적으로 잠시 중단된 상태다. 제주도는 신생대에 분출하여 형성된 대표적인 한국의 화산지형으로 지열부존 가능성이 높을 것으로 예상되는 지역이다. 따라서 폐사는 지열에너지 부존 특성을 파악하기 위한 심부 물리 탐사 및 탐사정 시추가 실시될 예정이며 궁극적으로 국내 최초의 상용화된 지열발전소 건설을 목표로 하고 있다.

Residential is the biggest market for geothermal heatpump systems in the world. However It could not be considered as a big market in Korea. Serious problems are hidden. In this paper, I will discuss about with other problems that we must solve.

The thermal conductivity and viscosity(or workability) of graphite-added bentonite grouts and cementitious grouts have been evaluated and compared to determine the suitability of these materials for backfilling vertical boreholes of ground heat exchangers. Seven bentonite grouts from different product sources and a portland cement grout with various mixture ratios were considered in this paper. As a new additive for grout, we choose graphite which has high thermal conductivity. The bentonite grouts indicate that the thermal conductivity and viscosity increase with the content of bentonite or with an addition of Graphite compared with that of silica sand. In case of cementitious grout also increase the thermal conductivity and decrease the workability dramatically though an addition of Graphite. Therefore, we cautiously select the amount of graphite and mixture ratio of bentonite and cement considering not only thermal conductivity but also viscosity for the optimum condition of backfilling material.

This paper presents a series of numerical simulations on the thermal performance and sectional efficiency of a closed-loop vertical ground heat exchanger (U-loop) equipped in a geothermal heat pump system (GHP). A 3-D finite volume analysis (Fluent) was used to simulate the operating process of the closed-loop vertical ground heat exchanger by considering the effect of the thickness of HDPE pipe and grout thermal properties, distance between the inflow and outflow pipes, and the effectiveness of the latticed HDPE pipe system. It was observed that the thermal interference between the two strands of U-loop is of importance in determining the efficiency of the ground heat exchanger, and thus it is highly recommendable to modify the cross section configuration of the conventional U-loop system by including a thermally insulating latice between the two strands.

Ground source heat pump system; GSHPs is close to most practical use for early stage investment cost and energy efficiency in new renewable energies, and currently considered utilizing to the heat and cooling system of a building. Particularly, the case to utilize 'Standing Column well heat source gathering method' in the open standards process to have the excellent capability of gathering geothermal source is increased. But the research for the optimal design technology and the assessment of a pollution level of the ground to utilize a single well for gathering geothermal is insignificant and the design is insufficient. The heating and cooling system and the equipment to utilize a large size residential development to have over 1000 households have not developed yet. Therefore, our company developed 'geothermal hybrid system' which can construct the heat and cooling system using geothermal energy for a large size residential development of over 1000 households and conducted the evaluation of economic feasibility. Moreover we developed automatic equipment for gathering geothermal source and PLC (Programmable logic controller) to have optimal efficiency and FCU (fan coil unit) considering the floors of large size apartments.

In recent years, geothermal heat pump (GHP) systems have become increasingly popular for heating and cooling in buildings. The Standing Column Well (SCW) method is one of the most efficient GHP system. Because it use groundwater for heat transfer material. In SCW systems, water is re-circulated between the well and the building (heat pump). It is only a short time since this method has been applied in domestic. So we have to refer to the developed countries' guides and manuals of SCW. In this paper, several design and construction points of SCW method are filed. We used real operation data of SCW system at Chong-Ju Univ. site for economical efficiency analysis. As a result, the payback period of Chong-Ju Univ. site is calculated at 7.23 years.

대수층 축열 시스템(ATES)의 효율은 지중에 저장된 열 사이의 간섭에 의해 결정이 되며, 열 간섭에 영향을 미치는 요인들은 시추공 간 이격거리, 대수층의 수리 전도도, 주입/양수량 등이 있다. 따라서 이 연구에서는 지하수-지열 거동 모델링을 통하여 열 간섭이 일어나는 현상과 열 간섭이 시스템 효율에 미치는 영향을 분석하였다. 모델링 결과로부터 이격거리는 작을수록 그리고 대수층의 수리전도도와 주입/양수량은 클수록 열 간섭이 잘 일어나는 것을 확인하였고, 열 간섭 계수가 1일 때는 시스템 효율이 상대적으로 크게 낮아지고, 열 간섭 계수가 1 미만일 때는 변화가 미미한 것을 확인하였다. ATES 를 이용한 냉난방 시스템을 시공 하고 있는 안성 연구지역에 대한 장기 예측 모델링을 수행 하였다. 모델링 결과 이격거리가 80 m 이고, 주입/양수량이 100 $m^3/day$ 일 때, 시스템 가동 7년경과 뒤 여름철과 겨울철에 계산된 시스템 효율은 각각 36 RT 와 31 RT 로 나타났다. 따라서 주입/양수량을 100 $m^3/day$로 했을 때, 냉난방 대상건물의 필요 부하인 20 RT 를 충분히 충족할 수 있을 것으로 판단된다.

We compared relative importance of thermal conductivity and initial ground temperature in designing borehole heat exchanger network and also we test accuracy of ground temperature estimation in thermal response test using a proven 3-D T-H modeler. The effect of error in estimating ground temperature on calculated total length of borehole heat exchanger was more than 3 times larger than the case of thermal conductivity in maximum 20% error range. Considering 10% of error in estimating thermal conductivity is generally acceptable, we have to define the initial ground temperature within 5% confidence level. Utilizing the mean annual ground surface temperature and the geothermal gradient map compiled so far can be a economic way of estimating ground temperature with some caution. When performing thermal response test for estimating ground temperature as well as measuring thermal conductivity, minimum 100 minutes of ambient circulation is required, which should be even more in case of very cold and hot seasons.

The geothermal energy have been developed as the pro-environmental and the substantial long-term energy. Recently energy foundations and other thermo-active ground structures have been developed to enhance the use of geothermal energy. In this research, a tunnel wall is focused as a source of geothermal energy. If the tunnel wall can be used for geothermal source, it can provide relatively lower cost because it is not necessary to make a deep borehole like in case of closed-loop vertical ground heat exchanger. For analyzing efficiency of heat exchanger in tunnel, laboratory tests and the numerical analyses are performed.

지열 분포에 관련된 지질구조의 특성을 파악하기 위하여 지온경사, 지열류량 자료와 인접한 선구조의 방향성에 대한 상관성 분석을 실시하였다. GIS를 이용하여 지열정보데이터베이스에서 발췌한 209개 지온경사 자료와 218개 지열류량 자료에 대하여 전국 광역단열도로부터 가장 인접한 선구조를 추출하고 10도 간격의 방향별 지온경사 및 지열류량 자료 빈도 및 평균값을 그래프에 도시하였다. 인접 선구조의 방향별 지온경사 평균은 $N30^{\circ}{\sim}40^{\circ}W$, $N10^{\circ}{\sim}20^{\circ}E$ 방향에서 $58.9^{\circ}C/km$, $54.9^{\circ}C/km$로 가장 높았고, 인접 선구조의 방향별 지열류량 평균은 $N80^{\circ}{\sim}90^{\circ}W$, $N50^{\circ}{\sim}60^{\circ}W$ 방향에서 98.71 $mW/m^2$, $98.70mW/m^2$로 가장 높았다. 각 선구조 상의 좌표들을 이용하여 지열류량 분포도에서 지열류량 값을 추출한 결과 $N10^{\circ}W{\sim}N40^{\circ}E$, $N60^{\circ}{\sim}70^{\circ}W$, $N50^{\circ}{\sim}60^{\circ}E$ 방향의 지열류량 높은 것으로 나타났다. 결과적으로 지온경사와 지열류량 자료에 대한 인접 선구조의 방향은 북북동, 북서, 서북서 방향이 우세한 것으로 나타났다. 이는 우리나라 조구조 운동과 관련한 단층, 절리 등의 단열구조의 우세 방향과 잘 일치하는 것으로 해석된다.

The present paper relates to an integration power system combining tidal power generation and ocean current power generation, and more particularly, to an integration power system combining a tidal power plant and two ocean current power parks, which is capable of increasing the operating rate of power facilities and efficiently generating electrical energy by using incoming seawater into the lake through turbine generators of a tidal power plant or fast flow of seawater discharged to a sea side through sluice gates of a tidal power dam. It is shown that the integration power system is a new promising ocean power system and the ocean current turbine generators in the ocean current power parks of the integration power system are smaller in size and larger in power generation capacity compared with the tidal current turbine generators in the ocean.

This paper is investigated to variation of wave power generation operation rate, operating capacity and output with the wave conditions represented by wave height-period window. By the use of the long-term wave data from 1979 to 2002 which is provided by Korea Ocean Research & Development Institute(KORDI), we calculated the monthly variation of significant wave height(Hs), zero-up crossing period(Tz) and distribution of wave appearance rate. And using the same wave data, it was charted the Hs-Tz and wave-energy scatter diagrams.

여러 해양에너지 중 유체의 빠른 흐름을 이용하는 조류발전은 서해안과 남해안에 적용하기에 적합하며 해양환경의 영향을 최소화 하면서 많은 에너지를 연속적으로 생산할 수 있는 장점이 있다. 조류발전에서 1차적으로 에너지를 변환시키는 로터는 조류발전시스템의 주요한 장치중의 하나로 여러 변수에 의해 그 성능이 결정된다. 블래이드 수, 형상, 단면적, 허브, 직경 등 여러 요소를 고려하여 로터를 설계하며, 설계정보와 실험데이터를 바탕으로 수치모델을 구현하여 실험에서 직접 계측할 수 없는 로터 주변의 유체현상 및 간섭영향 등을 예측할 수 있다. 본 논문에서는 변화하는 유속에 따른 HAT 로터의 시동속도, 회전수를 측정하여 로터 형상과 허브-직경비가 다른 로터의 성능을 고찰하고, 이를 수치모델로 구현하여 로터주변 유동변화를 연구하였다.

Design of ocean fishways as eco-movement passages for turbine structures, sluice structures and barrages of a environmentally-friendly tidal power system through which fish can pass are suggested. The ocean fishways comprise a plurality of fishways to allow fish to move between the sea-side and the lake-side of the barrages and turbine structures and sluice structures. It is demonstrated that the inventive ocean fishways are cost effective to construct and environmentally-friendly eco-movement passages for fish and benthos to move between sea-side and lake-side without passing through the turbine blades of a tidal power plant in operation.

A variety of technologies have already been developed to capture energy from the ocean waves, this one is simple to construct. Rather then looking at the surface waves, the technique used lets the waters current beneath the waves directly drive the rotors. The novel ocean wave energy convertor consists of savonius rotor which is mounted in the ocillating water column (OWC) chamber. This study investigates the performance of a 3 blade and 5 bladed savonius rotor under same wave condition using commercial CFD code. Initially the performance analysis of savonius type turbine have been carried out with conventional three bladed curved rotors. From the experieneces of the simulations, 5 bladed savonius rotor have been developed and studied. Performace caracteristics of the 5 bladed savonius rotor has been evaluated and the results obgtained are comopared with the conventional three bladed curved rotors.

Recent developments such as concern over global warming, depletion of fossil fuels and increase in energy demands by the increasing world population has eventually lead to mass production of electricity using renewable sources. Apart from wind and solar, ocean holds tremendous amount of untapped energy in forms such as geothermal vents, tides and waves. The current study looks at generating power using waves and the focus is on the primary energy conversion (first stage conversion) of incoming waves for two different models. Observation of flow characteristics, pressure and the velocity in the augmentation channel as well as the front guide nozzle are presented in the paper. A numerical wave tank was utilized to generate waves of desired properties and later the turbine section was integrated. The augmentation channel consisted of a front nozzle, rear nozzle and an internal fluid region representing the turbine housing. The analysis was performed using the commercial CFD code.

Nowadays renewable energy has undergone major development, however most renewable energy resources still have demerit which is under the influence of environmental factors that can not be set up the power plants or can not be generated the rated power. To wander from the point of environmental instability, the present paper looks at the tidal current energy which can supply regular electric power. It has an important merit which is more predictable than others, however the place which can be set up is limited and the turbine system must be optimized. The development of the optimized rotor blades design is urgent to obtain regular electric power using the tidal current energy. Therefore, the paper expands on this idea and presents a conceptual design of 100kW horizontal axis rotor blade for the tidal current turbine using blade element momentum (BEM) analysis. The compatibility of horizontal axis tidal turbine (HATT) is verified using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code, ANSYS-CFX. This paper presents results of the numerical analysis, such as pressure, streak line and the performance curves with torque data for the inflow of the horizontal axis tidal current turbine (HATT).

Fuel consumption measurement of Hydrogen fuel cell vehicle is considerably different form internal combustion engine vehicle such as carbon balance method. A practical method of fuel Consumption measurement has been developed for Hydrogen fuel cell vehicles. There are three method of hydrogen fuel consumption testing, gravimetric, PVT(Pressure, Volume and temperature), and Coriolis mass flow, all of which necessitate physical measurements of the fuel supply. The purpose of this research is to measure the fuel consumption of hydrogen fuel cell vehicles on chassis-dynamometer and to give information when the research is intended to develop method to measure hydrogen fuel consumption.

The effect of the kind of gas diffusion layers (GDLs) on the freeze/thaw condition durability in polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) were investigated. For this purpose, three kinds of GDLs, i.e., felt, paper and cloth types with different basic properties have been first prepared, then the changes in the properties and performance of cells was observed during the freeze/thaw cycles ranging from -30 to 70 $^{\circ}C$. The single cells consisting of different GDLs were evaluated for performance. The performance degradation and the cell resistance increase could be directly correlated. The physical destruction of electrode was shown by SEM analysis. It was presented that mechanical supporting force of interface between materials can help enhancing the durability of PEFCs in the freeze/thaw condition.

In this paper, the study is researched for related safety standards having experiments concerning temperature changes in type IV cylinder of the Hydrogen fuel cell vehicle. Experiments were performed to acquire temperature data of type IV cylinder according to filling time. The experimental results are shown that internal temperatures of type Ⅳ vessel are over $85^{\circ}C$ at all measured points after 5 minutes at filling 35 MPa and the highest temperature is getting lower when the residual gases are more remained. Consequently, the safety standards need properly limited value through further study for filling flow rate and filling time.

탄소섬유강화플라스틱(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)용기의 외부에 화재가 발생할 경우 함침된 수지(Resin)가 탄화되면서 자체 강도가 약화되고 충전된 가스가 외부 온도 상승에 따라 압력 상승이 발생하여 용기의 폭발로 이어지는 사고가 발생할 개연성이 높다. 화염 노출조건에서 복합재료 용기의 폭발을 방지하기 위하여 용기용 밸브에 내장된 온도감응식 압력안전장치(TPRD:Thermally activated Pressure Relief Device) 작동 성능을 검증하기 위한 방법으로 화염실험(Bonfire test)를 실시하고 있으나, 개방 공간에서 실시되는 이 실험은 표면 온도 변화가 매우 크게 발생하여 실험에 대한 재현성(Reproducibility)에 의문이 제기되고 있다. 따라서, 표면 온도를 일정하게 유지하기 위한 실험 방법의 개선이 필요하다. 본 연구에서는 경유+heptane을 이용한 전체 화염에 노출되는 경우와, 천연가스를 이용한 단일화염에 노출되는 경우의 실험 결과 비교를 통하여 화염 노출 표면 온도를 일정하게 유지하기 위한 가열 방법의 타당성을 검토하였다. 또한, 복합재료 라이너(Liner)의 온도 변화 비교를 통하여 집중화염 노출 조건에서 열전달 특성을 알아보았다.

The bimodal porous carbons were synthesized by using imprinting method with templates of SBA-15 particle and silica sphere and applied as supporting materials for the electro-catalyst of polymer electrolyte fuel cell (PEFC). The silica spheres with diameter size of 100 nm and SBA-15 particle having 200 nm -250 nm diameter and 700 nm -900 nm length were synthesized in this work. The bimodal porous carbons (S100) were prepared by using the silica spheres and SBA-15 as templates and mesophase pitch as a carbon source. The PtRu nanoparticle of ca. 1.9 nm were supported on the bimodal porous carbon support and the resulting PtRu/S100 catalysts was tested by the cyclic voltammetry. The use of bimodal porous carbon showed in comparable electro-catalytic activities with commercial catalyst. Though unclear effects of bimodal porosity of supports could be obtained in the scope of this study, morphological advantage in electrical conductivity can be considered on the electro-catalytic activity.

직접메탄올형 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell)는 휴대용으로 사용할 수 있는 소형 전원용으로 주로 개발되고 있으며, 다양한 용도로 사용이 가능하다. 하지만 직접메탄올연료전지에서 전해질로 많이 쓰이는 Nafion막은 이를 통한 메탄올 크로스오버(Crossover) 때문에 연료전지의 성능을 제한시키고 있다. 본 연구에서는 Nafion 117를 사용하여 전극 면적 100cm2 의 DFMC용 MEA를 제작하고, 공기 유량을 3ml/mim으로 고정하고, 메탄올 유량을 2,3 ml/min로 각각 공기극와 연료극에 공급하여 온도변화(50, 60, 70, $80^{\circ}C$)에 따른 성능을 확인하였다. DMFC의 적당 반응 온도는 $70^{\circ}C$로 생각되고, 유량은 메탄올 2ml/min, 공기 3ml/min유량 공급시가 성능이 높게 나오는 결과를 얻으나 일정시간 지나면 성능이 메탄올 3ml/min, 공기 3ml/min유량 공급시 보다 성능이 떨어지는 현상이 일어나기 때문에 $70^{\circ}C$ 반응온도에 메탄올 3ml/min, 공기 3ml/min의 유량 공급이 본 논문에서 최적화된 성능을 내는 조건으로 사료된다.

Currently in Korea, the lack of facilities and technical criteria for the performance test of small hydropower degrades the efficiency of the domestic small hydropower turbine, and makes it difficult to objectively evaluate the performance of hydro turbine. Therefore Korean institute of water and environment in K-water planned making a basis of performance test of small hydropower by using our flowmeter calibration system the largest one in Korea. We planned the maximum measurable power of hydro turbine will be 200 kW in our system. Improving the efficiency of small hydropower system can achieve the additional development benefit about 1.5 billion won per year.

The Francis type hydro turbine with vertical axis has been designed and analized for hydraulic performance verification. The guide vane angle of turbine casing were designed to be varied according to the condition of head and flowrate. When the changes in flowrate and output were comparatively large, the efficiency drop were small, so the efficiency characteristics and stability of the entire operating condition were maintained in good condition. These results showed that the developed hydro turbine in this study will be suitable for small hydro power stations with medium and high head such as agricultural reservoirs and large dam.

This study seeks to develop a map of the domestic small hydropower(SHP) resources to further improve SHP resources, developed through package tool which can accurately evaluate a wide range of SHP basin in a short period of time. GIS-based package tool for SHP resources analysis was calculated using 840 standard basin classified by drainage area and facility capacity, etc., and to assume a 40% annual load factor, expected annual electricity production was calculated. SHP resources potential for the development of SHP will be utilized as basic data.

동해 울릉분지에서 취득된 다중채널 탄성파자료 해석에 의하면 이 지역에는 가스하이드레이트 부존가능성을 지시하는 해저모방반사면, 탄성파침니/칼럼, 음향공백대, 증폭반사면, 가스분출 구조 등을 포함하는 5가지 탄성파 지시자가 존재한다. 가장 대표적인 지시자인 해저모방반사면은 연구지역의 남쪽사면의 경우 연속성이 양호하고 강한 진폭을 갖는 반면, 북쪽 중앙분지에서는 상대적으로 진폭이 약하고 연속성이 불량하다. 반사도 감소 및 속도 풀업 특징을 갖는 탄성파 침니/칼럼구조는 중앙분지와 북동쪽해역에 주로 분포하며 가스하이드레이트 혹은 가스유체의 부존가능성을 시사해준다. 반사강도가 약화되어 나타나는 음향공백대는 저탁류/원양성 퇴적물이 분포하는 중앙분지에 부분적으로 발달하며, 칼럼과 연계된 음향공백대는 북동쪽 사면저부에 주로 분포한다. 해저모방반사면의 하부에 위치하는 증폭반사면은 연구지역의 서쪽 사면에 분포하며 강한 음의 진폭특성으로 보아 자유가스를 함유한 층으로 해석된다. 가스분출구조는 주로 쇄설성 퇴적물이 우세한 조사지역의 남쪽 대륙사면지역에 광범위하게 분포하며 돔구조 혹은 폭마크 등을 수반한다.

The bottom-simulating reflector (BSR) is the most commonly observed seismic indicator of gas hydrate in the Ulleung Basin, East Sea. We processed ten representative seismic reflection profiles, selected from a large data set, for amplitude variation with offset (AVO) analysis of the BSR to estimate gas-hydrate concentrations. First, BSRs were divided into five groups based on their seismic amplitudes and associated sediment types: (1) very high-amplitude BSRs in turbidite/hemipelagic sediments, (2) high-amplitude BSRs in debris-flow deposits, (3) moderate-amplitude BSRs in turbidite/hemipelagic sediments, (4) very low-amplitude BSRs in debris-flow deposits, and (5) very low-amplitude BSRs in seismic chimneys. The AVO responses of the group 1 and 3 BSRs are characterized by a rapid decrease and a relatively slow decrease in magnitude with offset, respectively. The AVO response of the group 2 BSR is characterized by a relatively slow increase in magnitude with offset. The AVO responses of the groups 4 and 5 BSRs are characterized by a flat AVO with very small zero-offset amplitude. Theoretical AVO curves, based on the three-phase Biot theory, suggest that the group 1 and 3 BSRs may be related to high (> 40%) concentrations of gas hydrate whereas the group 2 BSRs may indicate low (< 20%) concentrations of gas hydrate. The AVO responses of the group 4 and 5 BSRs cannot be compared with the theoretical models because of their very small zero-offset amplitudes. The comparison of the AVO response of the BSR at the UBGH-04 well with theoretical models suggests about 10% gas-hydrate concentration above the gas-hydrate stability zone.

On the basis of seismic interpretation, seismic indicators of gas hydrate and associated gas such as bottom simulating reflector (BSR), acoustic blanking, column structure, gas seepage, enhanced reflection were identified in the Ulleung Basin. Fractures, faults, sandy layer could be the migration pathways transporting fluid and gas to stability zone. The formation of gas hydrate in the Ulleung Basin include: (1) nodules, veins, layers in muddy sediments and disseminated forms in sandy layer within localized column structure, (2) disseminated forms in sandy layer, and (3) disseminated forms in sandy layer just above BSR.

Several studies are being carried out to develop the reliable methods for the gas hydrate resource evaluation around the world. In this study, some case studies and investigations on the resource assesment of several advanced research teams were tried and then detail information on the evaluation scheme and technology of each team and nation are explained and analyzed for the future study and development. On top of that, main concepts and major parameters which can affect the quantity of assessment are examined and arranged for applying to our Donghae gas hydrate field case. Finally, the major concepts and methodology for this evaluation are brought forth and a schematic diagram for the main steps are come up with as well.

가스하이드레이트는 수소결합을 하는 물분자의 고체상 격자(Lattice)내에 포집되어 들어가는 기체분자로 구성된 결정화합물로서 외형적인 형태는 얼음과 거의 유사하다. 천연가스 하이드레이트 기술의 최대장점으로는 액화천연가스(LNG)는 초저온인 $-162^{\circ}C$의 저장조건이 필요하지만 천연가스하이드레이트(NGH)기술은 비교적 온화한 조건인 $-15^{\circ}C$에서 천연가스를 고체상태로 저장/이용할 수 있다는 것이다. 천연가스를 $-162^{\circ}C$에서 액화시킨 LNG상태로 생산, 수송, 저장하는 경우보다 고체상태인 NGH(Natural Gas Hydrate)로 만들어서 생산, 수송, 저장할 경우 천연가스의 생산, 수송, 저장, 재가스화 등의 일련의 공정과 비교해볼 때 LNG방법보다 약 24%이상의 경비를 절감을 할 수 있다고 보고되어지고 있다. 따라서, 천연가스의 수송 및 저장기술에서의 탁월한 경제성으로 인해 선진국에서는 가스하이드레이트에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히 일본은 5Ton/Day용량의 NGH 생산플랜트를 건설하여 시운전 중에 있다. NGH기술의 주요 활용분야는 대용량의 가스매장량을 요구하여 LNG공정기술을 적용할 수 없는 중소형가스전 또는 한계가스전에 경제적으로 적용하는 해양수송분야와 천연가스 공급망이 갖춰져 있지 못한 지역에 NGH Pellet형태로 수송/재기화하여 활용하는 내륙운송이 분야가 있다. 국내에서는 지식경제부 국책과제인 ETI(Energy Technology Innovation)사업을 시작으로 국가경쟁력 제고 차원에서 이러한 기술의 기반구촉 및 실증화 사업이 진행되고 있다. 주요 내용으로는 NGH Process Flow, Overall NGH Process concept diagram, NGH Carrier outline, NGH Land Transportation chain 등이 포함되어 있다.

본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성과정에서 발생할 수 있는 유도지체시간을 줄이고 전체 가스 저장량과 반응 속도의 향상을 위하여 이류체 분사 방식을 이용하여 물분자의 액적을 최소화하는 실험을 통하여, 미세액적 분사에 따른 하이드레이트 형성 시간을 확인하였으며, 반응기 내부의 온도 변화를 확인하여 반응기 내부의 하이드레이트 형성 거동을 확인하고 이를 통하여 상용화를 위한 반응기 설계의 기초 자료로 활용하고자 하였다.

TBAB (Tetra-n-butyl ammonium bromide)는 상압에서 semi-clathrate를 형성하는 물질로서 최근 열역학적 촉진제 및 기체 저장 물질로서 주목받고 있다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성 시TBAB가 열역학적 촉진제로서 미치는 영향을 알아보기 위해 다양한 농도 (5, 10, 40, 60 wt%)의 TBAB를 $CH_4\;+\;H_2O$계, $CO_2\;+\;H_2O$계, $N_2\;+\;H_2O$계에 첨가하여 가스 하이드레이트 3상 평형 (H - LW - V)을 측정 하였다. 실험 결과 TBAB의 조성에 따른 촉진경향은 각 계가 유사하지만, 촉진 정도는 $N_2\;+\;H_2O$ 계가 앞의 두계에 비해 월등히 큰 것을 알 수 있었다. 또한, TBAB 농도가 40 wt% 일때 촉진효과가 가장 크게 나타났으며, 그 이상의 농도에서는 반대로 촉진효과가 감소하는 것을 알 수 있었다. 이는 혼합 하이드레이트 형성에 참여하지 못한 TBAB가 가스 하이드레이트 형성을 억제하기 때문으로 사료된다. 결과적으로 가스하이드레이트 공정에 TBAB를 열역학적 촉진제로서 적용할 경우 촉진효과가 가장 큰 40 wt% 범위의 농도로 사용하는 것이 가장 적절할 것으로 사료된다. 본 실험에서 얻어진 결과는 가스 하이드레이트 형성을 이용한 천연가스 수송/저장법을 위한 연구뿐만 아니라 기체 분리 공정 개발과 관련된 연구의 중요한 기초 자료가 될 것이다.

지구온난화로 인한 기후변화 등의 문제점들이 국제적인 이슈화되면서 온실가스의 효과적인 처리에 많은 관심이 집중되고 있다. 절연제로 주로 사용되고 있는 $SF_6$는 이산화탄소의 23,900배의 지구온난화지수를 가지는 온실가스이다. 본 연구에서는 이 물질의 효과적인 분리/회수를 위하여 가스 하이드레이트 형성을 이용한 방법을 제안하였다. 하이드레이트 형성법을 이용할 경우 공정이 단순하고 저압에서 분리가 가능하므로 타 분리공정과의 경쟁이 가능할 것으로 예상된다. 본 실험은 275-290 K의 온도범위와 3 - 30 bar의 압력범위에서 질소 + $SF_6$ (10, 30, 50, 70%)의 혼합기체를 사용하여 각 조성에 따른 하이드레이트(H)-물($L_W$)-기상(V)의 3상 평형점을 측정하였다. 또한, 고체의 하이드레이트 내부에 포집된 혼합기체의 조성과 포집되지 않은 기상의 조성을 GC를 이용하여 분석함으로써 하이드레이트 형성을 이용한 공정에서의 기체분리효율을 파악할 수 있었다. 질소의 가스 하이드레이트 평형 압력에 비해 SF6의 평형압력이 현저히 낮았으며, 혼합기체의 $SF_6$의 조성이 증가할수록 순수한 SF6의 3상 평형점에 근접하는 것을 볼 수 있었다. 이는 하이드레이트 형성을 이용한 기체 분리 공정을 이용하여 고농도의 $SF_6$를 분리해 낼 수 있음을 나타내어 주며 이 결과는 GC분석을 통하여 확인하였다. 본 실험에서 얻어진 결과는 하이드레이트를 이용한 $SF_6$ 분리 공정의 중요한 기초 자료가 되며 다른 혼합 기체의 분리 공정에도 응용될 수 있을 것이다.

화력발전이 많은 비중을 차지하는 전력생산 산업은 온실가스($CO_2$)의 최대 배출 원으로 알려져 있으며 증가하는 전력 수요 뿐 만 아니라 다가오는 기후변화협약에 대응하기 위하여 $CO_2$ 회수 및 공정 개선에 관한 연구가 많이 수행되고 있다. 특히 현재 연구되고 있는 전력분야의 대표적인 $CO_2$ 회수기술은 연소 후 포집(Post-combustion capture), 순산소 연소(Oxy-fuel combustion), 연소전 탈탄소화(Pre-combustion) 3가지로 구분된다. 이중 연소전 탈탄소화 기술은 석탄가스화복합발전(IGCC) 기술과 연계하여 $CO_2$를 회수할 수 있는 방법으로 가스화 된 석탄가스에 Water-Gas Shift 반응과, $CO_2$ 분리로 얻어진 탈 탄소 연료를 통해서 전력을 생산한다. 이 기술의 핵심은 생성된 $CO_2/H_2$ 복합가스로부터 $CO_2$를 분리하는 공정으로 차세대 회수 기술로는 Membrance Reactor, SOFC, Oxygen Ion Transfer Membrane(OTM), 그리고 가스 하이드레이트가 있다. 이중 가스 하이드레이트는 $CO_2$의 회수 뿐 만 아니라 처리 기술에도 적용 가능하지만 우리나라에는 이에 관한 기술이 전무한 형편이다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성원리를 이용하여 정온 정압 조건에서 $CO_2/H_2$ 하이드레이트를 제조하였으며 특히, 하이드레이트 형성 촉진제인 THF(Tetrahydrofuran)를 첨가하여 THF 농도에 따른 상평형 및 속도론 실험을 수행 하였다. 이러한 연구는 연소전 탄소화 기술에서의 $CO_2$ 회수 분리에 대한 핵심 연구임과 동시에 탄소배출권 규제에 실질적인 기여를 할 수 있을 것으로 사료된다.

가스하이드레이트(Gas Hydrate)는 특정한 온도와 압력조건하에서 물분자로 이루어진 공동 내로 메탄, 에탄, 프로판 등의 가스가 들어가 물분자와 상호 물리적 결합으로 형성된 외관상 얼음과 비슷한 고체 포유물로 자연상태에 존재하는 하이드레이트의 주 성분이 메탄(Methane)인 경우가 대부분인 까닭에 메탄 하이드레이트라고도 불린다. 표준상태에서 $1m^3$의 메탄하이드레이트는 $172m^3$의 메탄가스와 $0.8m^3$의 물로 분해된다. 그러나 메탄 하이드레이트를 인공적으로 만들경우 물과 가스의 반응율이 낮아 하이드레이트 생성시간이 상당히 길고 가스 용해율도 낮다. 따라서 하이드레이트를 빨리 만들며 가스충진율도 증가시킬 수 있는 방법으로 가스 흡착성이 있는 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)를 기계적 분산방법인 초음파 분산(Dispersion)과 화학적 개질에 의한 분산방법인 산화처리분산을 사용하여 탄소나노튜브와 산화탄화나노튜브를 순수한물에 분산하여 나노유체를 만들고, 나노유체와 메탄가스를 반응시켜 메탄하이드레이트를 생성시키는 실험을 수행하였다. 나노유체와 순수한물의 상평형(Phase Equilibrium)은 비슷하였으며, 탄소나노튜브를 0.0005Vol%를 분산한 나노유체와 순수한물의 메탄가스 소모량의 비교한결과 나노유체의 가스소모량의 순수한물보다 ${\Delta}T_{sub}$=0.5K에서는 2배 ${\Delta}T_{sub}$=9.7K에서는 1.6배 증가하였다. 또한 산화나노유체와 나노유체의 메탄 가스소모량은 산화나노유체가 0.01 ~ 0.02mol정도 높았으나 그 효과가 미미하였고, 교반기를 사용하여 RPM300으로 교반시켰을 경우 역시 메탄 가스소모량은 큰 차이가 없었으나 산화나노유체의 경우 메탄 가스소모량이 나노유체보다 급격히 증가함을 확인하였다.

Natural gas Hydrate is an ice-like crystal containing natural gas it. Natural gas hydrate is studied as a new energy resource and a factor for seafloor slope stability and global warming. The unique pressure and temperature stability conditions of natural gas hydrate have challenged the research efforts. In this study, a new tool to study hydrate-bearing sediments and the preliminary results are introduced. The device can sustain 20MPa of the fluid pressure and apply 5MPa of the vertical effective stress under the temperature control. Cell can be scanned by X-ray CT scanner and also has the capability of multi-sensor data acquisition. Preliminary results suggests various application of the cell to hydrate-bearing research.

For the Gas hydrate Research and Development in Korea, the prospect area I & II was surveyed and drilled during the first phase. At the result, we succeeded to discovering gas hydrate real sample at BSR reflection and vent structure. This expedition processing contributes to developing the offshore seismic survey technologies and data processing of Korea. But Korean gas hydrate test production research, in spite of activating test production at other countries, is such a limitation about technician, GH production technologies and E&P processing. First of all, there is no exist in Korea to application site for the their production research results. In this paper, we have studied the gas hydrate reservoir selection technics of the DOE & BPXA for the ANS test production. And this result will helpful to preparation of gas hydrate test production in Korea.

지구 온난화의 주요한 원인인 $CO_2$ 가스 저감을 위한 많은 연구가 현재 수행중이며, 하이드레이트 형성원리를 이용한 $CO_2$ 분리 및 회수에 대한 연구가 보고되고 있다. 하이드레이트 형성에 있어 결정성장 거동에 관한 연구는 $CO_2$ 하이드레이트 형성 메커니즘을 규명하는데 기초자료를 제공할 것으로 사료된다. 본 연구에서는 274.1K의 정온 조건에 서 반회분식 교반 반응기를 이용하여 1.7MPa에서 3.0MPa으로 압력 조건을 바꾸면서 $CO_2$ 하이드레이트를 형성시켰다. 실험에 공급된 기체의 조성은 $CO_2$ (99.999%)이다. 실험 관측은 광학현미경(Nikon, SMZ 1000)에 장착된 CCD카메라(Nikon DS-5M/Fi1/2M-U2)에 의하여 이루어 졌다. 하이드레이트 형성 및 해리 과정을 CCD카메라로 촬영하고 시간에 따른 온도와 압력의 변화를 기록하여 핵생성 시간, 성장 속도, 성장 거동을 관찰하였다. 실험에 적용되는 압력에 따라서 하이드레이트 성장형태와 성장속도에서 매우 큰 차이를 보이는 것을 확인하였다.

$SF_6$ 가스는 높은 절연 특성으로 인해 산업공정에서 순수 또는 $N_2$ 나 $CO_2$ 가스를 혼합시켜 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 $SF_6$ 가스의 지구온난화지수는 $CO_2$ 대비 23,900배로 환경에 치명적인 영향을 줄 수 있으므로, $SF_6$ 가스에 대한 분리 및 처리에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 조성에 따른 $SF_6-N_2$ 혼합기체의 3상평형(물-하이드레이트-기체)점을 측정하였다. 측정결과 $N_2$가 더 많이 첨가된 혼합기체일수록 순수 $SF_6$의 상평형 조건보다 더 높은 압력, 더 낮은 온도에서 형성됨을 알 수 있었고 라만분석으로 실제 만들어진 하이드레이트 내에 혼합기체를 확인하였다. 또한 하이드레이트 형성속도 및 회수기체의 조성을 측정하여 분리 및 회수의 효율을 살펴보았다. 본 실험에서 얻어진 결과는 $SF_6$ 혼합기체의 분리 및 처리에 관한 연구의 중요한 기초 자료가 될 것이다.

Global warming has been widely recognized as a serious problem threatening the future of human beings. It is caused by the buildup in the atmosphere of greenhouse gases, such as carbon dioxide, methane, hydrofluorocarbons (HFCs), and sulfur hexafluoride (SF6). Particularly, SF6 has extremely high global warming potential compare to those of other global warming gases. One option for mitigating this greenhouse gas is the development of an effective process for capturing and separating these gases from anthropogenic sources. In general, gas hydrates can be formed under high pressure and low temperature. However, SF6 gas is known to form hydrate under relatively milder conditions. Therefore, technological and economical effects could be expected for the separation of SF6 gas from waste gas mixtures. In this study, we carried out morphological study for the SF6 hydrate crystals to understand its formation and growth mechanisms. The observations were made in high-pressure optical cell charged with liquid water and SF6 gas at constant pressure and temperature. Initially SF6 hydrate formed at the surface between gas and liquid regions, and then subsequent dendrite crystals grew at the wall above the gas/water interface. The visual observations of crystal nucleation, migration, growth and interference were reported. The detailed growth characteristics of SF6 hydrate crystals were discussed in this study.

본 연구에서는 고밀도, 고촉진 가스하이드레이트 생성 촉진제 (promoter)의 개발을 위하여 음이온성 멀티체인형 게면활성제를 제조하였다. 또한 각 계면활성제의 알킬그룹의 길이에 따라 같은 조건에서의 계면활성제의 촉진 효과를 비교하였다. $1^{\circ}C$에서 35bar,40bar로 압력을 달리하여 비교 실험하여 메탄 하이드레이트 생성속도를 측정하고, 각 조건에서의 계면활성제의 촉진 효과를 비교하였다. 알킬그룹의 길이가 짧을수록, 압력이 높을수록 촉진 속도가 빠르다. 또한 기존의 상용화된 SDS(Sodium dodecyl sulfate)보다 본 연구에서 제조한 C10의 음이온성 멀티체인형 계면활성제가 SDS 대비하여 소량으로도 충분한 효과를 나타냄을 확인하였다.

HFC-134a 의 농도별(99.9%, 80%, 50%, $N_2$ balance)로 하이드레이트의 결정생성/해리 특성을 연구하였다. HFC-134a 하이드레이트는 기/액 경계면에서만 수지상 형태의 하이드레이트 결정이 생성되었으며 수용액 내의 하이드레이트 결정관찰을 위해 물리적인 방법을 이용하였다. HFC-134a 농도가 낮을수록 하이드레이트 결정생성 속도가 둔화되었으며 특히 $N_2$의 함량이 50% 이상일 경우 $N_2$가 확연히 inhibitor 역할을 하였다. 하이드레이트 해리 시에는 기/액 경계면과 수용액 내부에서 매우 다른 양상이 관찰되었으며 하이드레이트 결정이 분해되면서 동공 속에 포집되었던 가스가 방출되는 것을 확인하였다.

This work is mainly focused at developing the hydrogen production unit with the capacity of 20 $Nm^3/h$ of high purity hydrogen. At present steam reforming of natural gas is the preferable method to produce hydrogen at the point of production cost. The developed hydrogen production unit composed of natural gas reformer and pressure swing adsorption system. To improve the thermal efficiency of steam reforming reactor, the internal heat recuperating structure was adopted. The heat contained in reformed gas which comes out of the catalytic beds recovered by reaction feed stream. These features of design reduce the fuel consumption into burner and the heat duty of external heat exchangers, such as feed pre-heater and steam generator. The production rate of natural gas reformer was 41.7 $Nm^3/h$ as a dryreformate basis. The composition of PSA feed gas was $H_2$ 78.26%, $CO_2$ 18.49%, CO 1.43% and $CH_4$ 1.85%. The integrated production unit can produce 21.1 $Nm^3/h$ of high-purity hydrogen (99.997%). The hydrogen production efficiency of the developed unit was more than 58% as an LHV basis.

As a preliminary study of cost estimates for nuclear hydrogen systems, the hydrogen production costs of the nuclear energy sources benchmarking GT-MHR are estimated in the necessary input data on a Korean specific basis. G4-ECONS developed by EMWG of GIF in 2008 was appropriately modified to calculate the cost for hydrogen production of SI process with VHTR as a thermal energy source rather than the LUEC. The estimated costs presented in this paper show that hydrogen production by the VHTR could be competitive with current techniques of hydrogen production from fossil fuels if $CO_2$ capture and sequestration is required. Nuclear production of hydrogen would allow large-scale production of hydrogen at economic prices while avoiding the release of $CO_2$. Nuclear production of hydrogen could thus become the enabling technology for the hydrogen economy. The major factors that would affect the cost of hydrogen were also discussed.

Highly active and stable nano-sized Ni catalysts supported on MgO-$Al_2O_3$ calcined from hydrotalcite-like materials have been successfully developed with a strong metal to support interaction (SMSI) to enhance the coke resistance in combined $H_2O$ and $CO_2$ reforming of $CH_4$ (CSCRM) for syngas ($H_2$/CO=2) production. The change of the surface area and NiO crystallite size with varying the pre-calcination temperature of support and Mgo content was investigated in relation to the coke resistance. As increasing the pre-calcination temperature, the surface area decreases and the metal to support interaction becomes weak. As a consequence, the coke deposition was more severe on catalysts pre-calcined at high temperature. It was concluded that highly dispersed Ni metal in the surface of Ni/MgO-$Al_2O_3$ catalyst (MgO=30 wt%) pre-calcined at $800^{\circ}C$ had a strong metal to support interaction (SMSI) resulting in an increase of coke resistance and high activity.

KIER has been developed a compact and highly efficient fuel processor which is one of the key component of the residential PEM fuel cells system. The fuel processor uses methane steam reforming to convert natural gas to a mixture of water, hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and unreacted methane. Then carbon monoxide is converted to carbon dioxide in water-gas-shift reactor and preferential oxidation reactor. A start-up time of the fuel processor is about 1h and CO concentration among the final product is maintained less than 5 vol. ppm. To achieve high thermal efficiency of 80% on a LHV basis, an optimal thermal network was designed. Internal heat exchange of the fuel processor is so efficient that the temperature of the reformed gas and the flue gas at the exit of the fuel processor remains less than $100^{\circ}C$. A compact design considering a mixing and distribution of the feed was applied to reduce the reactor volume. The current volume of the fuel processor is 17L with insulation.

촉매 생산에서 마지막으로 중요한 단계는 촉매성형이다. 여기서 압출성형은 촉매 성형방법 중 저렴하고 비교적 간단한 방법 중 하나이다. 여기서 중요한 것은 바인더의 선택과 입자 사이즈가 가장 중요한 요인이 된다. 촉매 압출성형에서 많이 쓰이는 바인더로 PVA(Polyvinyl Alcohol)와 MC(Methyl Cellulose), CMC(Carboxymethyl Cellulose)가 있다. CMC 바인더의 경우, 촉매의 접착력이 현저히 떨어져 촉매의 바인더로 사용하기 어려웠다. PVA, MC 바인더의 경우, 촉매의 접착력이 우수하고 압출성형이 잘 되었다. 그러나 PVA 바인더의 경우, 열중량 분석을 통해 재 소성과정에서 바인더가 완전히 제거되지 않아서 촉매의 물성 변화 및 활성에 좋지 않은 영향을 주었다. 그러나 MC의 경우에는 재소성과정에서 바인더가 완전히 제거되어 촉매의 물성변화에 영향을 주지 않았으며, 촉매의 활성 변화에도 영향을 주지 않았다. 그래서 메탄 수증기 개질 촉매의 압출 성형에 적합한 바인더로 MC가 적합하다고 판단된다. 그리고 압출용 반죽 제조를 위한 미분쇄된 촉매 입자의 사이즈에서 너무 작은 입자를 사용하게 되면 반죽은 잘 되나 촉매의 물성변화로 인해 촉매 활성이 저하되는 것을 알 수 있었다. 그래서 볼밀로 정밀하게 입자 사이즈를 $10{\mu}m$ 이하로 조절하면 촉매 활성에 영향이 거의 없는 압출성형 촉매를 제조할 수 있다.

Japan is leading standards for the hydrogen fuel quality on the PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) vehicle at ISO/TC197/WG12. However, it has many problems to solve the standard of measurement and the test method. because the standard of measurement which was proposed in Japan is too high to reach the technique for many countries. it might not control standards for the hydrogen fuel quality on the PEMFC vehicle in Korea. So we need to develop the study of standards and the technique of measurement continuously for the International Standards Meeting.

The development of safe and suitable hydrogen storage materials is one of key issues for commercializing hydrogen as an energy carrier. Carbon based materials have been investigated for many years to store hydrogen by the adsorption of the gas on the surface of the carbon structure. Recently, it is reported that carbon nitride nanobells have high hydrogen storage capacity since the nitrogen atom plays an important role on attracting hydrogen molecules. Here we report carbon nitride microporous spheres (CNMS) which have the maximum surface area of 995.3 $m^2/g$. Melamine-Formaldehyde resin is the source of carbon and nitrogen in CNMS. Most of the CNMS pores have diameters in the range of 6 to 8 A which could give a penetration energy barrier to a certain molecule. In addition, the maximum hydrogen storage capacities of carbon nitride spheres are 1.9 wt% under 77 K and 1 atm.

수소는 지구상에 풍부하게 존재하는 원소로 최근 수소경제시대에 대한 기대와 함께 청정 에너지 carrier로 주목받고 있다. 본 연구에서는 고순도 수소 생산을 위해 water gas shift (WGS) 반응과 $CO_2$의 분리를 하나의 unit operation의 형태로 수행하는 신개념의 thermal swing sorption enhanced reaction (TSSER) 공정의 타당성을 테스트하는데 목적을 두고 있다. Le Chatelier 원리를 기본으로 하는 흡착분리 동시 반응 (sorption enhanced reaction, SER)에서는 수소생산 반응의 열역학적 한계를 극복할 수 있고 정반응의 속도를 증대시킬 수 있다. 본 연구에서는 $K_2CO_3$가 첨가된 hydrotalcite에 대한 고온에서의 $CO_2$ 화학흡착 평형 및 거동 데이터를 실험을 통하여 측정하였다. 또한 WGS 상용촉매와 화학 흡착제를 이용하여 흡착분리 동시 반응을 실험과 수치해석 시뮬레이션으로 수행하였고, 연구결과로부터 연료전지에 사용할 수 있는 고순도의 수소 (~10 ppm CO)를 직접 생산할 수 있으며, 동시에 고압상태의 $CO_2$를 고순도로 포집할 수 있음을 확인할 수 있었다. 고압, 고순도의 $CO_2$ 포집은 이후 $CO_2$ 저장에 용이하게 이용되어 온실가스 저감에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

Anodized tubular titania ($TiO_2$) electrodes (ATTEs) are prepared and used as both the photoanode and the cathode substrate in a photoelectrochemical system designed to split water into hydrogen with the assistance of an enzyme and an external bias (solar cell). In particular, the ATTE used as the cathode substrate for the immobilization of the enzyme is prepared by two methods; adsorption and crosslinking. Results show that the optimized amount of enzyme is 10.98 units for the slurried enzyme, 3.66 units for the adsorbed one and 7.32 units for the crosslinked one, and the corresponding hydrogen evolution rates are 33.04, 148.58, and 234.88 umol/hr, respectively. The immobilized enzyme, specifically the chemically crosslinked one, seems to be much superior to the slurried enzyme, due to the enhanced charge-transfer process that is caused by the lower electrical resistance between the enzyme and the ATTE. This results in a greater number of accepted electrons and a larger amount of enzymes able to deal with the electrons.

최근 들어 WGS 반응은 Pt과 같은 귀금속 촉매를 다양한 담체에 담지하여 낮은 온도에서 높은 활성을 지닌 촉매를 제조하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. WGS 반응에서 귀금속 촉매가 높은 활성을 가지기 위해서 높은 산소저장능력(Oxygen Storage Capacity)과 산화환원능력(Redox)을 지닌 담체 개발이 필요하다. Ce-$ZrO_2$ 담체는 구조적으로 안정하며 높은 산소저장능을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. Ce-$ZrO_2$ 구조는 Ce/Zr 비에 따라 다양한 변화가 생긴다. Ce/Zr 비가 6/4, 8/2인 경우 입방구조(Cubic)를 가지며 2/8인 경우 정방입계(Tetragonal)구조를 가진다. 이것은 담체 특성의 변화를 의미한다. 따라서, WGS 반응용 최적 담체를 선정하기 위해 Ce/Zr 비를 제조변수로 하여 담체특성을 분석하였다. 제조된 모든 담체는 공침법(Co-precipitation)을 사용하여 제조하였으며 $500^{\circ}C$에서 6시간 소성하였다. 담체 특성분석은 BET, XRD를 이용하였다. 추가적으로 제조변수를 다양화하여 담체 제조를 마쳤으며 특성분석이 진행 중이다. 분석 결과 $Ce_{0.2}Zr_{0.8}O_2$ 담체가 가장 넓은 표면적을 가지고 있으며 Ce/Zr 비가 높아질수록 표면적이 감소하는 경향을 나타내었다. Ce-$ZrO_2$ 담체의 나노결정크기는 Ce/Zr 비가 작아질수록 결정크기가 감소하는 경향을 나타내었으며 $Ce_{0.2}Zr_{0.8}O_2$가 Ce-$ZrO_2$ 담체 중에서 가장 작은 결정크기를 나타내어 3nm 이하의 나노-담체가 제조되었음을 확인하였다.

The thermocatalytic decomposition of methane is an environmentally attractive approach to $CO_2$-free production of hydrogen. The fluidized bed was proposed for the continuous withdraw of product carbon from the reactor. The usage of carbon black was reported as stable catalyst for decomposition of methane. Therfore, carbon black (DCC-N330) is used as catalyst. A fluidized bed reactor made of quartz with 0.055 m I.D. and 1.0 m in height was selected for the thermo-catalytic decomposition. The porpane-containg methnae decomposition reaction was operated at the temperature range of 850-900 $^{\circ}C$ methane gas velocity of 1.0 $U_{mf}$ and the operating pressure of 1.0 atm. In this work, propane was added as reactant to make methane conversion higher. Therefore we compared with methane conversion and pre-experiment methane conversion that using only methane as reactant. The carbon black, after experiment, was measured in particle size and surface area and analyzed surface of the carbon black by TEM.

In this work, we prepared the activated multi-walled carbon nanotubes (Acti-MWNTs) with well developed physical surface structures, high specific surface area, and higher adsorption capacity by a physical activation process, in order to enhance the hydrogen storage capacity. The Acti-MWNTs' changes in the crystalline phase and in their lattice distortions were characterized by X-ray diffraction (XRD). The textural properties of the Acti-MWNTs were investigated by a nitrogen adsorption isotherms by Brunauer-Emmett-Teller (BET) equation and Harvath-Kawazoe (H-K) calculation, respectively. The hydrogen storage capacity of the Acti-MWNTs was investigated by BEL-HP at 298 K/100 bar. The hydrogen storage capacity of the Acti-MWNTs was improved with the physical activation, resulted from the formation of new hydrogen-favorable sites on the Acti-MWNT surfaces. In conclusion, the physical activation was one of the effective method to enhance the hydrogen storage capacity of the MWNTs.

Diaphragm compressors are used for a hydrogen compression because it can achieve high gas pressure with high purity. But diaphragm's lifetime may depend on the shape of the cavity and deflection from fluctuation the pressure change, which is necessary to monitored. In this study, the gas and hydraulic oil pressure in the cavity were measured as piston speed varies for diaphragm compressor. The results show pressure change quantities were reduced and maximum pressure points are delayed as the piston moves faster. And the hydraulic pressure were elevated as gas pressure elevated. And the compression period was more faster than expansion period.

In this paper, new concept of the diesel fuel processing is introduced for the stable operation of solid oxide fuel cells (SOFCs). Heavier hydrocarbons than $CH_4$, such as ethylene, ethane, propane, and etc., induce the carbon deposition on anode of SOFCs. In the reformate of heavy hydrocarbons (diesel, gasoline, kerosene, and JP-8), concentration of ethylene is usually higher than low hydrocarbons such as ethane, propane, and butane. So, removal of low hydrocarbons (over C1-hydrocarbons), especially ethylene, at the reformate gases is important for stable operation of SOFCs. New methodology as named "post-reformer" is introduced for removing the low hydrocarbons at the reformate gas stream. Catalyst of the NECS-PR4 is selected for post-reforming catalyst because the catalyst of NECS-PR4 shows the high selectivity for removing low hydrocarbons and achieving the high reforming efficiency. The diesel reformer and post-reformer are continuously operated for about 200 hours as integrated mode. The reforming performance is not degraded and low hydrocarbons in the diesel reformate are completely removed.

본 연구에서는 연료전지에의 응용을 위한 저가격의 무산소, 상온동작 가능한 센서구조를 설계, 제작하고 특성을 평가하였다. 연료전지의 수소 농도를 측정하기 위해서는 50ppm에서 5% 이상까지 넓은 범위를 감지할 수 있는 수소센서의 성능이 매우 중요하다. 이러한 특성과 상용화를 위해 가격 경쟁력을 갖는 수소센서로서, 수소흡착에 따른 Pd의 저항변화 특성을 이용한 센서 구조에 대하여 연구하였다. 높은 저항치를 갖는 Pd 후막 구조설계를 통하여 저항 감소형의 센서를 제작하여 특성평가를 하였다. 저가형으로 설계 제작된 Pd 수소센서는 50~20000ppm 범위에서 감지특성을 나타내었으며, 약 40sec의 응답속도를 보였다.

We demonstrate that trasition metal catalyst nanoparticle (NP) attached to carbon nitride nanotubes (CNNTs) show selective catalytic activities on hydrogen generation from the water solution including chemical hydride negative ions. The natural bonding orbitals (NBO) obtained from the first-principle calculations shows that the catalysts attached on CNNTs are quite differently polarized when they play for hydrogen generation from chemical hydride ions and hydrogen of water. For Co and Ni nanoparticles attached on CNNTs, their charges are more positively polarized when they interact with $BH_4^-Na^+$ and $H_2O$ while Pt atoms are less positively charged. In this matter, the increased positive charges on catlyst nanoparticles are proven to be more efficient in attracting hydride negative ions, thus improving hydrogen generate rates. Consequently, this result implies that these different charge polarization leads to selective catalytic activities of NPs-CNNTs. In the hydrogen generation experiments, Co-CNNTs shows the highest hydrogen generation rate when the similar amounts of catalyst nanoparticles (Co, Ni, and Pt) are dispersed on the sidewalls of CNNTs.

Thiocapsa roseopersicina NCIB 8347은 purple sulfur bacteria이며 광합성종속영양 조건에서는 nitrogenase 효소계가 유도되어 질소를 고정하며, 수소를 발생한다. 또한 광합성독립영양 조건에서는 hydrogenase 효소계가 유도되어 3~4개 종류의 특성이 다른 hydrogenase가 membrane에 결합되어 있거나, cytoplasma에 존재하며, 이 중의 일부는 산소농도와 온도의 상승에도 비교적 안정하다. 본 연구에서는 T. roseopersicina NCIB 8347이 광합성종속영양 조건에서 수소를 생산할 수 있는 제반 배양조건을 최적화하고, nitrogenase와 일부 hydrogenase역가를 측정하여 purple non-sulfur bacteria, Rhodobacter sphaeroides KD131의 nitrogenase와 비교하여 수소생산을 최적화하였다. 할로겐램프를 8-9 $Klux/m^2$로 조사할 때와 배양온도 $26{\sim}30^{\circ}C$, 배양시간 72시간에서 균체 성장과 수소생산이 가장 높았다. T. roseopersicina NCIB 8347는 광합성 독립영양, 종속영양 조건에서 모두 성장 할 수 있었다.

There are several types of compressors which are appropriate for hydrogen gas station. Metal diaphragm type of hydrogen compressor is the one of them, a use in which satisfies the requirements of maintaining gas purity and producing high pressure over 700 bar. The objective of this study is to investigate an characteristics of compression as bulk modulus of oil varies. Three cases of bulk modulus ranging from $2{\times}10^9$, $4.52{\times}10^9$ and $7{\times}10^9$ were studied through FSI (Fluid Structure Interaction) analysis. Gas pressure, oil pressure and deflection degree of diaphragm were analysed during a certain period of compression process. Highest pressure and deflection were found in the condition of high bulk modulus of $7{\times}10^9$.

Hydrogen has been recognized of the energy source for the future, in terms of the most environmentally acceptable energy source. A pressurized fluidized bed reactor made of carbon steel with 0.076 m I.D. and 1.0 m in height was employed for the thermocatalytic decomposition of methane to produce amount of $CO_2$ - free hydrogen with validity from a commercial point of view. The fluidized bed was proposed for withdrawing of product carbons from the reactor continuously. The methane decomposition rate with the carbon black N330 catalyst was rapidly reached a quasi-steady state and remained for several hour. The methane thermocatalytic decomposition reaction was carried out at the temperature range of 850 - 950 $^{\circ}C$, methane gas velocity of 2.0 $U_{mf}$ and the operating pressure of 1.0 -3.0 bar. Effect of operating parameters such as reaction temperature, pressure on the reaction rates was investigated and predicted the effect of a change in conditions on a chemical equilibrium thermodynamically, according to Le Chatelier's principle.

중소형 폐기물 소각설비의 폐열보일러에서 생산되는 10 $kg/cm^2$미만의 저압증기를 이용한 증기터빈발전에서 증기의 건도를 높이이 위한 증기 전처리가 필수적이며, 건도를 증가시킨 증기를 이용하여 발전실험을 하였다. 본 연구에 적용된 증기터빈발전기는 마이크로 축류식 증기터빈으로 배압식을 채택하였으며, 증기터빈에 공급되는 증기압력의 증가에 따라 증기공급량, 발전량이 증가하였으며, 이에 따른 발전 효율은 설비의 효율에 따라 변하였다. 또한, 배압식 증기터빈의 경우, 공급.배기측의 증기 압력의 차이가 증가함에 따라 발전을 위한 증기 소비율이 감소하고 발전 효율이 증가함을 볼 수 있었다.

소각로를 포함한 다양한 산업설비의 배폐열은 열병합 등의 다양한 방법을 통해 재활용되고 있으나 에너지의 효율적 사용과 편의성을 고려할 때, 단순한 온수공급 등의 방법보다는 전력으로서의 재활용이 매우 필요하다. 특히 재활용이 어려운 $400^{\circ}C$이내의 중저온급 폐열원을 발전할 수 있는 유력한 방안으로 열전발전기술이 최근 부각되고 있다. 열전발전은 발전모듈의 변환효율이 7~10%이고, 시스템 효율은 5%내외로 증기발전에 비해서는 낮지만 기계적 가동부분이 없어 고장발생이 적고 기동정지가 용이하며 열이 있으면 바로 발전이 가능한 차세대 친환경 발전기술이다. 본 연구에서는 현재까지 시도, 개발되지 못한 $100^{\circ}C$에서 $400^{\circ}C$내외 온도영역인 중저온급 소각폐열 회수를 위한 목적으로 중온용 열전발전소재 및 모듈과 저온과 중온에 각기 대응하여 폐열발전의 효용성을 높인 복식열전발전시스템을 개발 중에 있다. 본 고에서는 현재까지 진행된 일부 연구내용들을 소개하고자 하였다.

생활폐기물을 플라즈마 가스화하고 얻어지는 합성가스로부터 수소를 생산하는 파일럿플랜트 건설 계획을 소개한다. 이 파일럿플랜트는 현재 가동 중인 청송군의 10톤/일급 플라즈마 가스화 시설을 고농도 합성가스를 생산하는 시설로 변경하고 수소전환반응기와 수소 PSA 장치를 부착하여 99.999% 순도의 수소 $200Nm^3/h$을 생산하여 연료전지 발전하는 것으로 계획되어 있다. 이 파일럿플랜트는 $20Nm^3/h$ 급의 폐기물 플라즈마 가스화 - 고순도 수소 생산 기술개발 완료에 이은 상용화 실증 시설이다.

Availability of reliable and affordable energy supply is a prerequisite for economic growth. Renewables are the third largest contributor to global electricity production after coal and natural gas and account for a share of 18%. Power generating capacity from renewables has increased to around 900GW by the year 2007. Today biodiesel fuels have been in commercial use in many countries and recently the world-wide biodiesel market has experienced considerable growth, which is partly due to various tax concession programs and other financial incentives. In Korea, biodiesel has already been used for transportation fuel, but not used for power generation fuel yet. Korean government has a strategy for renewable energy propagation, especially the goal of power generation amount by renewable energy is 3% of total power production by 2012. This paper focuses on the feasibility study for adaptability and strategy of using biodiesel as power generation fuel. The study also has the plan to replace the fuel of thermal power plant, gas turbine and distributed power system. As the increase of biodiesel fuel, I look forward to environment-friendly power generation and the strategy of Renewable Portfolio Standards(RPS).

A commercial-scale RDF boiler that its burning capacity is 400 kg-RDF/hr and steam production capacity is 2 ton/hr. It has a chain type stoker and waste heat recovery system. Heat exchanger is vertical water-pipe so that soot blowing and removal is convenient during operation. Dry scrubber, bag filter and activated carbon tower have been installed for the reduction of air pollutant gases and dust. Analysing data of pollutants from stack such as $SO_x$. $NO_x$ and dioxin shows so good results that the boiler system could comply the regulated emission limits.

Research on usage of syngas produced by waste gasification is on going all around the world. Syngas which consists of $H_2$, CO, $CO_2$, $N_2$, has different combustion characteristics from current city gas; due to distinct flame propagation speed of the fuel, syngas has different spark timing and air fuel ratio at maximum generating efficiency. This is why finding both the optimum point of spark timing and air fuel ratio is so important in order to improve thermo efficiency and secure stable running of gas generated by relatively low heating value syngas. Moreover, since emission of $NO_x$ is strictly regulated, it is important to operate lean burn condition that reduces NOx emission.

LFG-MGT CHP system development project with $CO_2$ enrichment in greenhouses was introduced. LFG is produced from the anaerobic digestion of landfilled waste and it has been utilized for power/heat generation since it contains around 50% of $CH_4$. Utilization of LFG from small scale landfill is also needed as well as large scale landfill. However, due to economy of scale, it is very difficult to develop business model. In this context, combining CHP system with greenhouses is considered as feasible option for LFG utilization. LFG-MGT CHP system with $CO_2$ fixation in greenhouses has been derived as an active greenhouse gas reduction strategy, The focus of the system is beyond carbon neutral LFG utilization to neutral carbon absorption. The system is feasible in terms of direct and indirect $CO_2$ emission reduction with more economical way.

고형원료인 폐기물의 감량화 및 자원화 기술 중 가장 대표적인 기술로 폐기물의 소각(incineration)기술과 가스화(gasification)용융기술을 들 수 있다. 폐기물 가스화 기술은 폐기물 내의 탄소, 수소 성분을 가스화하여 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스(synthesis gas, syngas)로 전환하여 불연물은 용융되어 환경적으로 무해한 슬래그로 회수하는 기술이다. 폐기물 가스화 용융 시스템으로 발생된 합성가스를 재순환하여 사용하는 합성가스 재순환시스템을 통해 가스화에 필요한 열을 시스템 내에서 대체하여 사용하는 기술개발은 폐기물 가스화 용융기술의 경제성을 높일 수 있다. 본 연구에서는 고형 폐기물 가스화반응에 의해 발생되는 합성가스를 재순환하여 폐기물 가스화 용융 시스템내의 자체 에너지원으로 활용할 수 있도록 하는 합성가스 재순환 시스템 및 버너의 운전특성을 고찰하였다. 합성가스의 재순환 장치에서의 운전 압력 제어 및 유량제어를 통해서 안정적인 합성가스 재순환 성능과 재순환버너의 연소 성능을 유지할 수 있었다. 합성가스 재순환버너에 의한 16,800 $kcal/Nm^3$ 조건 및 33,600 $kcal/Nm^3$ 조건에서 운전시에도 가스화기의 운전온도는 안정적으로 유지됨에 따라 생산된 합성가스의 가스화기 보조연료 대체 및 에너지절감이 가능한 것으로 판단된다.

폐기물, 석탄 등 다양한 시료의 가스화 반응을 통해서 발생되는 합성가스는 CO, $H_2$, $CO_2$가 주성분으로 가스엔진, 가스터빈 등의 연료로 사용하여 발전하거나 합성반응을 통해 다양한 화학원료로의 전환이 가능하다. 또한 폐기물, 석탄 등의 다양한 원료의 가스화 반응에 의해 발생한 합성가스로부터 F-T(Fischer-Tropsch) 합성을 통한 인조합성석유, Non F-T 합성을 통한 메탄올, DME(Dimethyl Ether) 등을 제조할 수 있으며, 메탄화 반응을 통해 대체천연가스(SNG, Substitute Natural Gas)로 제조하여 활용하는 방안도 가능하다. 또한 현재 상업용 규모의 수소 제조 방법 중에서 가장 경제적인 방법으로 천연가스를 개질하여 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스를 만든 다음 수성가스 전환, PSA(Pressure Swing Adsorption)통해 $CO_2$와 $H_2$를 분리하여 생산하고 있으나, 천연가스 가격의 상승 및 다양한 시료로부터 향후 경제성 확보가 가능한 수소 제조 방법에 대한 연구가 진행되고 있으며, 석탄 가스화 및 폐기물 가스화를 통해 얻어진 합성가스로부터의 수소 제조 공정이 개발 및 상업화 추진되고 있다. 본 연구에서는 폐기물 가스화를 통해 발생한 합성가스에 대하여 수성가스 전환 반응을 통한 수소 생산 특성 및 수성가스 전환 반응의 공간속도 변화 및 스팀주입량 변화에 따른 반응 특성을 고찰하였다.

폐기물의 감량화 및 자원화 기술 중 가장 대표적인 기술로 폐기물의 가스화 용융 기술을 들 수 있다. 폐기물 가스화 용융 기술은 폐기물 내의 탄소 및 수소 성분은 가스화 하여 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스(synthesis gas, syngas)로 전환하고, 불연물은 용융하여 환경적으로 무해한 슬래그 또는 금속으로 회수하는 기술이다. 본 연구에서는 고발열량폐기물과 탈수슬러지 혼합가스화를 통하여 생산된 합성가스를 합성가스 압축기를 통하여 유용한 원료물질을 제조하는 공정인 수성가스 전환 반응(water gas shift reaction)과 가스화 반응기의 보조연료로 투입하기 위한 합성가스 압축, 이송 시스템의 운전 특성을 고찰하였다. 그 결과 고발열량폐기물과 탈수슬러지 혼합가스화에서 합성가스는 안정적으로 발생하였으며, 합성가스 압축, 이송시스템을 위한 정제설비에서의 분진제거는 99.07 %의 효율을 얻었고, 또한 합성가스 재순환 장치의 성능시험을 통하여 대기 중의 산소가 유입이 안 되는 기밀성을 확인하였다. 합성가스 압축, 이송 공급 유량 제어 실험 결과로는 합성가스 압축기 기동 시 합성가스 압축압력과 공급유량은 비례적으로 증감하는 것을 알 수 있었다.

중소형 폐기물소각설비의 저압 저질의 포화증기를 이용한 폐열발전용 용수처리에 관한 연구를 수행 하였다. 기존 소각설비에 적용된 강산성 이온교환수지형 연수기에 역삼투압 멤브레인 처리와 강염기성 이온교환수지형 용수처리를 연결하여 보일러 용수를 처리한 결과, KS B6209의 30 $kg/cm_2$ 증기 압력의 보일러 용수기준에는 적합하였고, 증기의 비체적으로 증기 농도로 환산하면. 역삼투압법처리에 의한 방법보다는 강염기성이온교환수지형 용수처리를 연계 처리한 결과가 중소형폐기물소각설비의 저압증기터빈발전에 보다 적합한 것으로 나타났다.

폐자동차의 최종처분 과정에서 발생하는 자동차 파쇄 폐기물(Automobile Shredder Dust)은 대부분이 고분자 화합물로 높은 발열량을 가지고 있다. 또한 할로겐족 원소가 포함된 난연성 고분자류가 많아 다이옥신의 생성 우려가 높은 고분자류와 다이옥신 생성의 촉매 역할을 할 수 있는 금속성분이 많이 함유되어 있어 가스화용융시스템에 적용하여 처리하기에 매우 적합한 폐기물이다. 본 연구에서는 ASR의 가스화 용융 시설에서 고농도 CO를 함유한 합성가스를 수성가스전환반응(Water Gas Shift reaction, WGS)을 이용하여 수소의 수율을 높이는 기술을 제시하였다. 가스화 용융 설비에서 배출되는 합성가스 조성을 기준으로 적합한 고정층 WGS 반응기를 설계하고, 고온 촉매(KATALCO 71-5M)와 저온 촉매(KATALCO 83-3X)를 사용하여 실험하였다. 수성가스 반응 후의 가스 조성은 온도가 상승할수록 일산화탄소가 줄어들고 이에 따라 수소와 이산화탄소 발생량이 증가 되어 고온 촉매를 사용했을 경우 일산화탄소 전환율 ($1-CO_{out}/CO_{in}$)은 55.6에서 95.8%까지 상승하였다. 동일한 온도조건에서는 촉매에 관계없이 $CO/H_2$가 감소할수록 전환율도 감소하는 경향을 보였지만 동일한 합성가스 조성에서 일산화탄소 전환율을 비교하면 저온 촉매가 고온 촉매보다 매우 우수함을 알 수 있었다.

진공압출성형 공정을 이용하여 한쪽 끝단이 막힌 다공질 탄화규소 캔들 필터를 단일공정으로 제조하는 기술을 확립하였다. 캔들 필터 지지층의 특성 최적화를 위해 탄화규소 출발입자와 무기바인더의 첨가량 변화를 통해 기계적 특성과 기공크기 등의 분석을 수행하여 상용 캔들 필터의 수준에 대응할 수 있는 조합을 도출하였다. Mullite와 clay를 소결조제로 사용하고, $30{\mu}m$ 입도의 탄화규소 입자로 지지층을 제조한 경우, 30% 이상의 기공율을 보유하면서 50 MPa 이상의 상온 3점 굽힘강도를 나타낼 수 있는 조건이 확립됨에 따라 $125{\mu}m$ 입도의 탄화규소와 bi-modal로 사용할 경우, 상용제품의 특성을 상회하는 탄화규소 캔들 필터가 제조될 수 있음을 확인하였다.

석탄슬래그는 회분의 조성에 따라 고온에서 매우 상이한 슬래그 거동을 보여준다. 국내 가스화 대상탄으로 검토된 탄 중, 산성 산화물의 함량이 높아 고용융점을 갖는 7종의 석탄 회분을 가스화 조건인 고온, 환원분위기에서 점도 측정을 실시하였다. 4종의 탄에 대해서는 높은 점도를 낮추기 위하여 염기성 산화물인 CaO를 3가지 비율로 혼합하여 점도 측정을 실시하였다. 또한, flux의 혼합으로 인해 발생할 수 있는 결정체 형성을 FactSage 평형계산 프로그램과 CaO-SiO2-Al2O3 3성분계 상평형도를 이용하여 예측하였다. CaO가 첨가된 시료 모두에서 낮은 CaO 첨가비에서는 원래의 시료보다 낮은 점도를 보였으나, CaO첨가비가 20% 이상일 때는 anorthite이 형성되어 $T_{cv}$를 갖는 결정슬래그로 점도 거동이 변화하면서 실제조업 가능한 온도를 증가시켰다. 점도 측정 후 냉각된 시료의 SEM/EDX 분석을 통해 형성된 결정체를 관찰한 결과, FactSage와 상평형도에서 예측된 결정체와 유사하게 나타나 CaO-SiO2-Al2O3 3성분계 상평형도가 결정체 예측에 유용함을 확인하였다.

고압 미분탄 공급 기술은 건식 석탄가스화기 시스템의 안정적인 연속운전을 위한 핵심이 되는 기술로서, 본 연구에서는 스크류피더 방식 및 기류수송 방식의 pilot급 고압 미분탄 공급장치를 이용한 미분탄 공급량 제어 기술 개발을 진행하였다. 그리고, 일반적으로 dense phase 형태로 다량의 미분탄을 공급하는 기류수송 방식 고압 미분탄 공급장치에서 가스화기로 공급되는 미분탄의 공급량을 감소시키기 위하여 다공 chamber를 통하여 가압 질소를 공급할 경우, 차압이 증가함에 따라 미분탄의 공급량이 증가하기는 하지만 lean 또는 medium phase 형태로 미분탄 공급량 제어가 가능함을 확인할 수 있었다.

석유 및 천연가스를 대체하는 자원으로 석탄이 유망하다고 전망하고 있다. 미국에서는 6대 파괴력이 있는 기술로 청정석탄기술이 선정되었고, 한국에서도 15대 그린에너지 중 하나인 청정연료에 석탄전환기술이 포함되어 전략로드맵이 작성되고 있다. 국내에서 추진되고 있는 석탄기술은 석탄가스화를 기반으로 하고 있다. 석탄가스화는 고체연료인 석탄을 $1000^{\circ}C$ 이상의 고온에서 산소와 반응시켜 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성가스로 전환하는 기술이다. 석탄을 가스화하면 석탄에 포함된 불순물을 쉽고 완벽하게 제거할 수 있으며 특히 CO2 제거를 값싸게 할 수 있어 청정화가 가능하다. 최근 고유가를 겪으면서 열량이 높은 고급탄의 확보가 어려워지면서 가격이 낮고 수급이 용이한 저급탄을 활용하는 기술의 수요가 발생되어 국내에서 기업을 중심으로 저급탄을 고효율로 가스화하는 기술 개발이 시도되고 있다. 정제된 석탄가스는 성분을 조절하여 촉매에 의해 메탄으로 전환시킬 수 있고, 이렇게 제조된 가스를 합성천연가스(SNG)라 한다. 값싼 저급탄을 사용하면 SNG를 천연가스보다 저렴하게 생산할 수 있다. 국내 기업이 SNG 제조 실증시설을 도입하고, 동시에 핵심기술인 SNG 합성반응공정을 개발하는 사업을 추진하고 있다. 석탄가스를 촉매반응에 의해 디젤 및 �F싸로 전환하는 석탄간접액화기술은 현재 남아공 Sasol사에서 상업적으로 운전되고 있는 기술이나 국내로의 기술이전이 거의 불가능하다. 철을 기반으로 하는 고유 촉매와 scale-up이 가능한 반응기가 핵심인 기술로 국내에서 세미-파일럿급 액화공정 기술개발이 진행중이다. 전세계적으로 석탄액화공장의 수요가 현재의 15만배럴/일에서 2030년 240만배럴/일로 증가한다고 예측된다. 따라서 200조원 이상의 플랜트 시장이 기대되며 국산 가스화, SNG 및 액화기술로 상당부분의 시장을 장악하고자 한다.

This report examines the economic feasibility of a commercial 50,000 barrel per day direct/indirect coal liquefaction (DCL/ICL) facility to produce commercial-grade diesel and naphtha liquids from medium-sulfur bituminous coal. The scope of the study includes capital and operating cost estimates, sensitivity analysis and a comparative financial analysis. Based on plant capacity of 50,000BPD, employing Illinois #6 bituminous coal as feed coal the total capital cost appeared $3,994,858,000(DCL) and $4,942,976,000(ICL). Also, the internal rate of return of DCL/ICL appeared 13.27% and 12.68% on the base condition. In this case, coal price and sale price of products were the most influence factors. And ICL's payback period(6.8 years) was longer than DCL's (6.6 years). According to sensitivity analyses, the important factors on DCL/ICL processes were product sale price, feed coal price and the capital cost in order.

Precipitated iron-based catalysts are highly promising for the Fischer-Tropsch synthesis (FTS), in particular for the low temperature FTS below $280^{\circ}C$, because of their high activity and low cost. $SiO_2$ is an essential promoter for the precipitated iron-based catalysts to improve the attrition strength and physical stability. In this study, we carried out FTS over precipitated iron-based catalysts with and without $SiO_2$ in a fixed-bed reactor. The catalysts were prepared by a conventional co-precipitation method. In case of the catalysts with $SiO_2$, we used two comparative preparation methods, i.e., incorporation of $SiO_2$ before precipitation (denoted as precipitated $SiO_2$) and after precipitation (denoted as binder $SiO_2$), respectively. The addition of $SiO_2$ crucially affects both physico-chemical properties and catalytic peformance of precipitated iron-based catalysts.

일반적으로 내화재의 내침식성은 크롬 함량이 증가함에 따라 향상되는 특성을 가지는데, 본 연구에서는 이러한 크롬 내화재의 물성을 보다 향상시키기 위하여 인산염 화합물인 $AlPO_4$를 첨가하는 실험을 진행하였으며, 이러한 실험 결과 선정된 $AlPO_4$ 1% 첨가 크롬 내화재를 대상으로 캐스타블 및 브릭 형태로 각각 제작하였을 때 내침식 특성에 대해 회전 침식 시험장치를 이용한 실험을 실시하였는데, 실험 결과 캐스타블에 비해 브릭 내화재가 내침식성이 우수하지만 일부 spalling이 발생하는 것으로 파악되었다. 그리고, 가스화기로의 석탄 공급 방식에 따라 내화재 벽면에서 발생하는 석탄입자에 의한 내화재 침식 정도에 대한 전산해석을 수행한 결과 top feeding에 비해 side feeding 방식이 내화재 전면에 걸쳐 침식 현상이 크게 발생할 것으로 예측되어 보다 크롬 함량이 많은 내화재를 선정해야 할 것으로 평가되었다.

본 연구에서는 석탄가스에 함유된 $H_2O/H_2S$ 농도변화에 따른 세가지 종류의 아연계 탈황제의 반응성능을 회분식 유동층반응기에서 분석하였다. 가스화에서 생성되는 가스의 조성은 모사가스를 이용하여 입구의 $H_2O$와 $H_2S$ 농도를 변화시켜 실험을 수행하였다. $H_2O$의 농도는 5%부터 30%까지 $H_2S$의 농도는 0.5%에서 2%로 변화시켜 탈황성능을 분석하였다. 실험 결과 $H_2O$의 농도가 증가할수록 탈황성능이 감소하였다. 입구의 $H_2S$ 농도가 증가할수록 탈황반응기 후단의 $H_2S$ 농도 역시 증가하였으나, 탈황성능은 최저 99.5%로 건식탈황제를 이용하여 99% 이상의 $H_2S$ 제거 성능을 보이는 것을 확인하였다.

Middle distillate was produced by the hydrocracking of F-T wax on the zeolite catalysts. Novel metal loaded zeolite catalysts had good performance for hydrocracking of F-T wax. 2 wt.% Platinum loaded H-Y zeolite catalyst showed the highest selectivity of middle distillate and conversion of F-T wax. H-Y zeolite had more strong acidity site and large pore than that of another zeolite catalyst. So, H-Y zeolilte catalyst showed the best activity for hydrocracking of F-T wax.

Fischer-Tropsch 합성 반응과 같은 slurry bubble column reactor에서는 반응 속도를 증진시키기 위해서는 서로 다른 상간의 접촉 면적을 최대화함으로써 물질 전달을 원활하게 유지하여야 한다. 특히 Fischer-Tropsch 합성 반응에서는 반응물인 기체가 촉매로서 기능하는 고체 표면으로의 external mass transfer가 효과적으로 이루어져야 하기 때문에 반응기 내의 기체의 거동뿐만 아니라 고체인 촉매의 분포에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 반응기 내에 기체의 superficial velocity를 변화시키면서 기체의 hold up 뿐만 아니라 고체 입자의 분포특성에 대하여 관찰하였다. Superficial velocity가 증가함에따라 gas hold up의 경우, 일정하게 증가하다가 6 cm/sec 이상에서 그 증가폭이 감소하였다. 즉 6 cm/sec이상에서 turbulent flow regime을 형성하였다. 또한 고체입자의 분포 역시 기체의 superficial velocity가 증가함에따라 보다 균일하게 되는 것을 확인할 수 있었다.

석탄가스화복합발전(IGCC) 시스템에서 합성가스 중에 포함된 황화수소($H_2S$)는 후단의 가스 터빈과 같은 장치의 부식을 방지하고, 합성가스를 이용하는 연료전지 등의 연계 공정에서 요구하는 수준에 맞추어 정제되어야 한다. 본 연구에서는 $H_2S$ 정제공정 추가에 따른 IGCC 시스템의 효율저하를 최소화하기 위하여 고온고압에서 사용가능한 탈황제를 분무건조법을 이용하여 제조하고 제조된 탈황제에 대해 물성 및 황 흡수능 시험을 실시하였다. 형상, 내마모도, 평균입자크기, 충진밀도와 함께 제조된 탈황제가 적용되는 유동층 공정에 적합한 강도를 보유하는지 여부를 미국표준시험방법에 의하여 측정하였다. 황 흡수능은 열중량분석기를 반응기로 사용하여 모사 합성 가스 분위기에서 측정하였다. 분무건조 성형된 탈황제의 일부가 구형이 아닌 타원형 또는 도넛 형태를 나타내고 있어 형상 개선을 위한 제조방법 개선이 필요한 것으로 나타났다. 제조된 탈황제는 기공도가 65% 이상으로 macropore가 기공부피의 대부분을, mesopore가 비표면적의 대부분을 제공하고 있었다. 소성온도를 650 $^{\circ}C$에서 750 $^{\circ}C$로 증가시킴에 따라 대체로 강도가 감소하는 경향을 나타내었다. 열중량분석기로 측정된 황 흡수능은 약 10 wt%로 나타났다. 제조된 탈황제 중 일부는 유동층 공정에 적합한 물성을 보유하고 있었으며 반응성 또한 기존에 개발된 탈황제에 버금가는 성능을 나타내어 향후 공정 적용이 가능할 것으로 분석되었다.

최근에 경기악화에 따른 석유수요 감소로 우리가 주로 수입하는 두바이유는 배럴당 56 달러선이지만, 유가가 배럴당 100~120 달러로 오를 경우, 원유 대체 및 신규 에너지원 확보를 위해 Bitumen, Oil Shale, 중질잔사유 등 고점도 액상연료를 이용하기 위한 기술개발이 활발히 진행될 것으로 예상된다. 그리고 이에 따라 연소효율이 떨어지는 고점도 저급연료를 이용하여 연소효율을 극대화시키기 위해 계면활성제를 이용하여 화학적으로 유화시키는 기술들이 개발되어 있다. 본 연구에서는 고점도 유체에 대해 계면활성제를 이용하지 않고 캐비테이션 방식을 이용하여 고점도 유체를 에멀젼화 하는 기술을 연구하였다. 에멀젼화 기술은 저급연료유에 물을 혼합하여 안정적으로 장기간 유수분리가 일어나지 않으며, 복합연료로서 반응로에서 연소시킴으로써 연소율을 개선시킬수 있는 기술인데, 발전소의 보일러, 선박, 소각로 등에 적용할 수 있으며 중질잔사유를 사용하는 가스화 발전에도 본 기술이 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

A simulation study on SCR (Steam Carbon dioxide Reforming) process in gas-to-liquid (natural gas to Fischer-Tropsch synthetic fuel) process was carried out in order to find optimum reaction conditions for GTL (gas-to-liquid) process reaction. Optimum SCR operating conditions for synthesis gas to FT (Fischer-Tropsch) process were determined by changing reaction variables such as feed temperature and pressure. During the simulation, overall synthesis process was assumed to proceed under steady-state conditions. It was also assumed that physical properties of reaction medium were governed by RKS (Redlich-Kwong-Soave) equation. SCR process was considered as reaction models for synthesis gas in GTL proess. The effect of temperature and pressure on SCR process $H_2$/CO ratio and the effect of reaction pressure on SCR reaction were mainly examined. Simulation results were also compared to experimental results to confirm the reliability of simulation model. Simulation results were reasonably well matched with experimental results.

A microwave plasma torch at the atmospheric pressure by making use of magnetrons operated at the 2.45 GHz and used in a home microwave oven has been developed. This electrodeless torch can be used to various areas, including industrial, environmental and military applications. Although the microwave plasma torch has many applications, we in the present work focused on the microwave plasma torch operated in pure steam and several applications, which may be used in future and right now. For example, a high-temperature steam microwave plasma torch may have a potential application of the hydrocarbon fuel reforming at one atmospheric pressure. Moreover, the radicals including hydrogen, oxygen and hydroxide molecules are abundantly available in the steam torch, dramatically enhancing the reaction speed. Also, the microwave plasma torch can be used as a high-temperature, large-volume plasma burner by injecting hydrocarbon fuels in gas, liquid, and solid into the plasma flame. Lastly, we briefly report an underway research, which is remediation of soils contaminated with oils, volatile organic compounds, heavy metals, etc.