다른 물질에 비해 많은 우수한 특성을 가지고 있는 CuInSe2(CIS)박막 태양전지는 많은 연구자들에 의해 개발되어 오고 있다. CIS의 대표적인 장점으로는 직접천이형 밴드갭, 높은 흡수계수, 열 안정화상태 및 p형으로의 전도성물질의 가능성 등 다양하다. 또한 간단한 구조를 이용하여 유리같은 싼 기판을 이용하기 때문에 저가형 태양전지로서 많은 각광을 받고 있다. CIGS태양전지는 CIS의 In 사이트에 Ga을 도핑함으로서 만들어지는데 밴드갭은 약 1.4eV이다. CIS박막을 만드는 많은 방법이 존재하나 구성원소로부터 최적화된 조성을 찾을수 있는 방법이 가장 중요한 요소 중의 하나로 인식되고 있으며, 이런점에서 증발법 및 스퍼터링법 등 같은 진공방식이 비진공방식에 비해 훨씬 간편하게 조성비를 맞출수 있다. 그 중에 스퍼터링법은 대면적 박막태양전지로의 가능성으로 비출어 볼때 산업화를 위한 좋은 후보군이 될 수 있다. Selenization을 하기전에 Cu-In-Se의 전구체 조합은 여러개의 타겟으로부터 동시 스퍼터링법이나 다층 전구체법을 사용하여 준비되는데 어떤 방법이 되던지 Se의 부가적인 공급은 불가피하다. 지금까지 많은 관련 연구의 대부분인 구조적, 조성비적 그리고 광학적인 특성평가에 집중되어 오고 있는데, 전기적특성평가의 경우는 면저항, 비저항 같은 간단한 결과 위주로 보고되어 오고 있다. 또한 캐리어농도와 이동도에 대한 보고가 있음에도 불구하고 이해되기에는 충분치 못한 면이 많다.본 발표에서는 태양전지 제조 전단계로서 소다라임유리기판(SLG)위에 Mo의 유무에 따라 CIS박막의 전기적인 특성 변화에 대한 내용을 담고 있다. 소다라임유리($2cm{\times}2cm$)를 기판으로 사용하여 아세톤-에탄올 용액에 초음파세척을 수행하고, Mo 후면전극을 DC 스퍼터링방식을 이용하여 증착을 한다. SLG와 Mo이 코팅된 SLG를 각각 RF 스퍼터 챔버에 이송한 후 수증기 제거를 위해 약 10분간 예열을 한다. 샘플에 대한 전기적특성은 Hall효과 측정장치에 의해 측정이 되며 전기전도도, 캐리어농도, 이동도 및 전도형에 대한 정보가 각각의 변수에 따라 조사된돠. 부가적으로 구조적, 조성비적인 특성을 SEM,XRD 및 EDX를 통해 조사를 하여 전기적 특성에 따른 관계성을 검토한다. SLG와 Mo가 코팅된 SLG위의 CIS박막은 전기적으로 약간 다른 특성을 보일 것으로 예측되며, 이러한 기대를 바탕으로 조성비가 이상적인 화학양론에 근접할 때 p형으로서 제시될 수 있다는 것을 보여줄 것이다.

유리기판위에 큰 결정입자를 갖는 실리콘 (폴리 실리콘) 박막을 제조하는 것은 가격저가화 및 대면적화 측면 같은 산업화의 높은 잠재성을 가지고 있기 때문에 그동안 많은 관심을 가지고 연구되어 오고 있다. 다양한 방법을 이용하여 다결정 실리콘 박막을 만들기 위해 노력해 오고 있으며, 태양전지에 응용하기 위하여 연속적이면서 10um이상의 큰 입자를 갖는 다결정 실리콘 씨앗층이 필요하며, 고속증착을 위해서는 (100)의 결정성장방향 등 다양한 조건이 제시될 수 있다. 다결정 실리콘 흡수층의 품질은 고품질의 다결정 실리콘 씨앗층에서 얻어질 수 있다. 이러한 다결정 실리콘의 에피막 성장을 위해서는 유리기판의 연화점이 저압 화학기상증착법 및 아크 플라즈마 등과 같은 고온기반의 공정 적용의 어려움이 있기 때문에 제약 사항으로 항상 문제가 제기되고 있다. 이러한 관점에서 볼때 유리기판위에 에피막을 성장시키는 방법으로 많지 않은 방법들이 사용될 수 있는데 전자 공명 화학기상증착법(ECR-CVD), 이온빔 증착법(IBAD), 레이저 결정화법(LC) 및 펄스 자석 스퍼터링법 등이 에피 실리콘 성장을 위해 제안되는 대표적인 방법으로 볼 수 있다. 이중에서 효율적인 관점에서 볼때 IBAD는 산업화측면에서 좀더 많은 이점을 가지고 있으나, 박막을 형성하는 과정에서 큰 에너지 및 이온크기의 빔 사이즈 등으로 인한 표면으로의 damages가 일어날 수 있어 쉽지 않는 방법이 될 수 있다. 여기에서는 이러한 damage를 획기적으로 줄이면서 저온에서 결정화 시킬 수 있는 cold annealing법을 소개하고자 한다. 이온빔에 비해서 전자빔의 에너지와 크기는 그리드 형태의 렌즈를 통해 전체면적에 조사하는 것을 쉽게 제어할 수 있으며 이러한 전자빔의 생성은 금속 필라멘트의 열전자가 아닌 Ar플라즈마에서 전자의 분리를 통해 발생된다. 유리기판위에 다결정 실리콘 씨앗층을 제조하기 위하여 전자빔을 조사하는 방법과 Al을 이용한 씨앗층 제조법이 비교되어 공정 수행이 이루어진다. 우선, 전자빔 조사를 위해 DC 및 RF 스퍼터링법을 이용하여 ${\sim}10^{20}cm^{-3}$이상의 농도를 갖는 $p^+^+$ 비정질 실리콘 박막을 제조한다. Al의 증착은 DC 스퍼터링법을 이용하여 제조하고 그 두께는 실리콘 박막의 두께와 동일한 조건(350nm)으로 제조한다. 제조된 샘플은 E-beam gun이 달린 챔버로 이동하여 1.4keV의 세기를 가지고 각각 10, 20, 50, 100초를 조사한 후 단면의 이미지를 SEM으로, 결정화 정도를 Raman으로, 결정화 방향 등에 대한 조사를 XRD로 분석 측정한다. 그리고 Hall effect를 통해 전자빔의 조사 전후의 캐리어 농도, 이동도 및 비저항 등에 대한 조사가 이루어진다. 동시에 Al을 촉매로 한 layer교환에 대하여 마찬가지로 분석을 통하여 최종적으로 비교분석이 이루어 진다. 전자빔을 조사한 샘플에 대하여 빠른 시간 및 캐리어농도 제어 등의 우수성이 보이며, 특히 ~98%이상의 결정화율을 보일 것으로 예상된다.

유리기판위에 큰 결정입자를 갖는 실리콘 (폴리 실리콘) 박막을 제조하는 것은 가격저가화 및 대면적화 측면 같은 산업화의 높은 잠재성을 가지고 있기 때문에 그동안 많은 관심을 가지고 연구되어 오고 있다. 다양한 방법을 이용하여 다결정 실리콘 박막을 만들기 위해 노력해 오고 있으며, 태양전지에 응용하기 위하여 연속적이면서 10um이상의 큰 입자를 갖는 다결정 실리콘 씨앗층이 필요하며, 고속증착을 위해서는 (100)의 결정성장방향 등 다양한 조건이 제시될 수 있다. 다결정 실리콘 흡수층의 품질은 고품질의 다결정 실리콘 씨앗층에서 얻어질 수 있다. 이러한 다결정 실리콘의 에피막 성장을 위해서는 유리기판의 연화점이 저압 화학기상증착법 및 아크 플라즈마 등과 같은 고온기반의 공정 적용의 어려움이 있기 때문에 제약 사항으로 항상 문제가 제기되고 있다. 이러한 관점에서 볼때 유리기판위에 에피막을 성장시키는 방법으로 많지 않은 방법들이 사용될 수 있는데 전자 공명 화학기상증착법(ECR-CVD), 이온빔 증착법(IBAD), 레이저 결정화법(LC) 및 펄스 자석 스퍼터링법 등이 에피 실리콘 성장을 위해 제안되는 대표적인 방법으로 볼 수 있다. 이중에서 효율적인 관점에서 볼때 IBAD는 산업화측면에서 좀더 많은 이점을 가지고 있으나, 박막을 형성하는 과정에서 큰 에너지 및 이온크기의 빔 사이즈 등으로 인한 표면으로의 damages가 일어날 수 있어 쉽지 않는 방법이 될 수 있다. 여기에서는 이러한 damage를 획기적으로 줄이면서 저온에서 결정화 시킬 수 있는 cold annealing법을 소개하고자 한다. 이온빔에 비해서 전자빔의 에너지와 크기는 그리드 형태의 렌즈를 통해 전체면적에 조사하는 것을 쉽게 제어할 수 있으며 이러한 전자빔의 생성은 금속 필라멘트의 열전자가 아닌 Ar플라즈마에서 전자의 분리를 통해 발생된다. 유리기판위에 흡수층 제조연구를 위해 DC 및 RF 스퍼터링법을 이용한 비정질실리콘의 박막에 대하여 두께별에 따른 밴드갭, 캐리어농도 등의 변화에 대하여 조사한다. 최적의 조건에서 비정질 실리콘을 2um이하로 증착을 한 후, 전자빔 조사를 위해 1.4~3.2keV의 다양한 에너지세기 및 조사시간을 변수로 하여 실험진행을 한 후 단면의 이미지 및 결정화 정도에 대한 관찰을 위해 SEM과 TEM을 이용하고, 라만, XRD를 이용하여 결정화 정도를 조사한다. 또한 Hall효과 측정시스템을 이용하여 캐리어농도, 이동도 등을 각 변수별로 전기적 특성변화에 대하여 분석한다. 또한, 태양전지용 흡수층으로 응용을 위하여 dark전도도 및 photo전도도를 측정하여 광감도에 대한 결과가 포함된다.

Photoelectrochemical (PEC) systems are promising methods of producing H2 gas using solar energy in an aqueous solution. The photoelectrochemical properties of numerous metal oxides have been studied. Among them, the PEC systems based on TiO2 have been extensively studied. However, the drawback of a PEC system with TiO2 is that only ultraviolet (UV) light can be absorbed because of its large band gap (3.2 - 3.4 eV). Two approaches have been introduced in order to use PEC cells in the visible light region. The first method includes doping impurities, such as nitrogen, into TiO2, and this technique has been extensively studied in an attempt to narrow the band gap. In comparison, research on the second method, which includes visible light water splitting in molecular photosystems, has been slow. Mallouk et al. recently developed electrochemical water-splitting cells using the Ru(II) complex as the visible light photosensitizer. the dye-sensitized PEC cell consisted of a dye-sensitized TiO2 layer, a Pt counter electrode, and an aqueous solution between them. Under a visible light (< 3 eV) illumination, only the dye molecule absorbed the light and became excited because TiO2 had the wide band gap. The light absorption of the dye was followed by the transfer of an electron from the excited state (S*) of the dye to the conduction band (CB) of TiO2 and its subsequent transfer to the transparent conducting oxide (TCO). The electrons moved through the wire to the Pt, where the water reduction (or H2 evolution) occurred. The oxidized dye molecules caused the water oxidation because their HOMO level was below the H2O/O2 level. Organic dyes have been developed as metal-free alternatives to the Ru(II) complexes because of their tunable optical and electronic properties and low-cost manufacturing. Recently, organic dye molecules containing multi-branched, multi-anchoring groups have received a great deal of interest. In this work, tri-branched tri-anchoring organic dyes (Dye 2) were designed and applied to visible light water-splitting cells based on dye-sensitized TiO2 electrodes. Dye 2 had a molecular structure containing one donor (D) and three acceptor (A) groups, and each ended with an anchoring functionality. In comparison, mono-anchoring dyes (Dye 1) were also synthesized. The PEC response of the Dye 2-sensitized TiO2 film was much better than the Dye 1-sensitized or unsensitized TiO2 films.

석탄 가스화에서 유도된 합성가스는 합성반응 공정을 통하여 합성석유, 메탄올(& DME), 합성천연가스(SNG) 등의 다양한 화학원료를 제조할 수 있어 이의 활용이 점차적으로 확대될 것이다. 이 중 SNG 공정의 경우, 석탄가스화기에서 생산된 합성가스는 집진, 탈황, 수성가스전환($H_2$/CO 비를 조절), $CO_2$ 제거 등의 공정을 거쳐 메탄화 반응기로 유도되는데, 메탄화 반응에서 $CO_2$가 반응에 참여하면 탄소포집 및 저장(CCS)의 부담을 크게 줄일 수 있어 이에 대한 관심이 커지고 있다. 특히, 상업용으로 활용되고 있는 단열반응기를 직렬로 연결할 경우, 메탄화반응의 발열로 인한 반응기내의 온도 상승으로 $CO_2$가 생성되는데 이후의 2차 또는 3차의 단열반응기에서 $CO_2$ 수소화반응이 진행되면 최종 생성물인 메탄의 수율이 증가하며, 뿐만아니라 생성물 중 포함된 수소의 농도를 낮출 수 있는 장점을 가지게 된다. 따라서, 본 연구에서는 Ni계 촉매를 사용하여 풍부한 $H_2$ 분위기에서 Fe를 첨가하여 이의 함량이 $CO_2$ 수소화반응의 탄소 전환율과 생성되는 메탄의 수율에 미치는 영향을 고찰하였다.

Fuel cell is a device that directly converts chemical energy in the form of a fuel into electrical energy by way of an electrochemical reaction. In the anode for a high temperature fuel cell, nickel or nickel alloy has been used in consideration of the cost, oxidation catalystic ability of hydrogen which is used as fuel, electron conductivity, and high temperature stability in reducing atmosphere. Most MCFC stacks currently operate at an average temperature of $650^{\circ}C$. There is some gains with decreased temperature in MCFC to diminish the electrolyte loss from evaporation and the material corrosion, which could improve the MCFC life. However, operating temperature has a strong related on a number of electrode reaction rates and ohmic losses. Baker et al. reported the effect of temperature (575 to $650^{\circ}C$). The rates of cell voltage loss were 1.4mV/$^{\circ}C$ for a reduction in temperature from 650 to $600^{\circ}C$, and 2.16mV/$^{\circ}C$ for a decrease from 600 to $575^{\circ}C$. The two major contributors responsible for the change in cell voltage with reducing operation temperature are the ohmic polarization and electrode polarization. It appears that in the temperature range of 550 to $650^{\circ}C$, about 1/3 of the total change in cell voltage with decreasing temperature is due to an increase in ohmic polarization, and the electrode polarization at the anode and cathode. In addition, the oxidation reaction of hydrogen on an ordinary nickel alloy anode in MCFC is generally considered to take place in the three phase zone, but anyway the area contributing to this reaction is limited. Therefore, in order to maintain a high performance of the fuel cell, it is necessary to keep this reaction responsible area as wide as possible, that is, it is needed to keep the porosity and specific surface area of the anode at a high level. In this study effective anodes are prepared for low temperature MCFC capable of enhancing the cell performance by using zirconium hydride at least in part of anode material.

LSM is widely used as a cathode material in SOFC, because of its high electrochemical activity, good stability and compatibility with YSZ electrolyte at high temperature. However, LSM in traditional cathode materials will not generate a satisfactory performance at intermediate temperature. In order to reduce the polarization resistance of cell with the operating temperature of SOFC system, the cathode material of LSCF is one of the most suitable electrode materials because of its high mixed ionic and electronic conductivity. In this report, cathode material, $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3$ powder for intermediate temperature SOFC was synthesized by Pechini method using the starting materials such as nitrate of La, Sr, Co and Fe including ethylene glycol, etc. As a result, the synthesized powder that calcined above $700^{\circ}C$ exhibits successfully perovskite structure, indicating phase-pure of LSCF. Moreover, the particle size, surface area, crystal structure and morphology of the synthesized oxide powders were characterized by SEM, XRD, and BET, etc. In order to evaluate the electrochemical performance for the synthesized powder, slury mixture using the synthesized cathode material was coated by screen-printing process on the anode-supported electrolyte which was prepared by a tape casting method and co-sintering. Finally, electrochemical studies of the SOFC unit cell, including measurements such as power density and impedance, were performed.

An electrolyte membranes for high temperature/low humidity is a demand for the proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). In this work, we prepared hybrid membranes, which have novel glass content in the hydrophilic and hydrophobic part of sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES) by in-situ sol-gel synthesis of various functional silane. The effect of silicate from functional silane content on the proton conductivity, water uptake of the hybrid membranes under high temperature and low humidity was quantitatively identified. The silicate content contributed to the enhancement of not only proton conductivity, but also water retention ability for PEMFCs operation.

The world is moving towards a post-carbon society and needs clean and renewable energy for sustainable development. There are many methodological approaches which are helping this shift based on analyzed data about energy resources and which focus on limited types of energy including liquid fossil, solid fossil, gaseous fossil, and biomass (e.g. IPCC Guidelines, ISO 14064-1, WRI Protocol, etc.). We should also consider environmental impact (e.g. greenhouse gas emissions, water use, etc.) and the economic cost of the renewable energy to make a better decision. Recently, researchers have addressed the environmental impact of new technologies which include photovoltaics, wind turbines, hydroelectric power, and biofuel. In this work, we analyze the environmental impact with a carbon emission factor to present a correlation between $CO_2$ emission and the cost of energy resources standardized by the energy output. In addition, we reviewed Life Cycle Assessment (LCA) as another methodology. Researchers who are studying energy systems have ignored the impacts of entire energy systems, e.g. the extraction and processing of fossil fuels. In power sector, the assessment should include extraction, processing, and transportation of fuels, building of power plants, production of electricity, and waste disposal. Therefore LCA could be more suitable tool for energy cost and environmental impact estimation.

우리나라는 기후변화협약에 대응하기 위한 교토의정서를 비준한 국가로서, 아직 온실가스의 의무감축 대상 국가는 아니다. 그러나 2012년부터 시작될 교토의정서 2차 공약기간 중에 브라질, 중국 및 인도와 같이 2차 의무감축대상이 가장 유력시 되는 국가로 지목되고 있으므로, 이러한 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 기술적, 사회적, 정책적 방안이 신속히 마련될 필요가 있다. CCS(carbon capture & storage)란 화석연료로 부터 연소시 대기 중으로 배출되는 온실가스($CO_2$)를 포집하여 재생 또는 지중, 해양에 저장하는 기술로서 국가녹색성장 핵심기술중의 하나로 분류되며, 대료적인 $CO_2$ 발생대상인 석탄화력발전소로 부터 $CO_2$ 회수방안, 회수, 처리관련 연구를 포함하여 국내외 적으로 활발한 연구가 이루어 지고 있다. 순산소 연소기술을 통한 $CO_2$ 회수, 처리기술은 연료(천연가스, 석탄, 석유)의 산화제를 공기대신 순도 95% 이상의 고농도 산소를 이용하여 순산소연소를 하며, 이때 발생하는 배가스의 대부분은 $CO_2$와 수증기로 구성되어 있다. 발생된 배가스의 약 70~80%를 다시 연소실로 재순환시켜 연소기의 열적 특성에 적절한 연소가 가능하도록 최적화함과 동시에 배가스의 $CO_2$ 농도를 80% 이상으로 농축시켜 회수를 용이하게 하며, 특히 공해물질은 NOx 발생량을 10ppM 이하로 줄일 수 있다. 천연가스가 생산되는 LNG기지에서 LNG를 기화시키기 위하여 해수식 기화기(ORV : Open Rack Vaporizer와 수중연소식 기화기(SMV ; Submerged Combustion Vaporizer)를 사용하고 있으며, 특히 SMV는 버너를 이용하여 $-162^{\circ}C$ LNG를 $10^{\circ}C$의 LN로 기화시키는 설비로서 이때 연소시 $CO_2$를 상당량 발생시킨다. 본 논문에서는 SMV에서 순산소 연소방식을 적용하여 연료인 천연가스를 연소시키고, 이때 발생되는 $CO_2$와 수분이 주 성분인 배가스를 연소기에 재순환시켜, 연소실내 고온문제를 해결하며, 최종적으로 배가스중 $CO_2$는 $-162^{\circ}C$의 LNG 냉열을 이용하여 고순도의 액체 $CO_2$로 액화시키므로서 $CO_2$의 회수, 처리문제를 해결하는 방식을 소개하고자 한다. 이러한 방식은 천연가스에서 발생되는 $CO_2$ 회수를 LNG 냉열을 활용하므로서 폐열을 활용하는 에너지 효율적인 문제와 사용가능한 고순도 $CO_2$로 회수하므로서 환경적인 문제를 처리하는 기술이라 할 수 있다.

This thesis identified basic design elements (Sustainable Yield, Temperature of Groundwater, Depth of Well, Separation Distance between wells) regarding installation of Standing Column Well, Geothermal Heat pump System by dynamic analysis.

최근 해상풍력 블레이드가 대형화됨에 따라 보다 가볍고 강한 재료가 요구되고 있다. 현재 주로 사용되고 있는 복합재는 발사우드나 PVC 폼 등을 코어소재로 하고, 유리섬유나 탄소섬유 등을 보강섬유로 사용하고 있다. 본 연구에서는 현재 사용되고 있는 복합재에 대한 특성을 알아보고, 최근 흡음, 충격 및 열에 강한 발포 알루미늄을 이용한 복합재를 해상풍력 블레이드 제조에 적용하여, 구조 강도 실험을 실시함으로써 기존 복합재와 구조 강도 및 비용 등을 비교 검토하여 우수한 복합재를 제시하고자 한다. 이를 위해 대형구조물인 블레이드를 제작하기 위해 적절한 크기의 발포 알루미늄을 상호 접합하기 위한 방법을 연구하고자 하며, 목포대학교에서 보유중인 만능재료시험기(100 Ton)를 활용하여 인장, 압축, 굽힘 실험을 실시하고, 스킨재 변화, 코어재의 밀도와 두께 변화를 고려하여 다양한 복합재의 강도를 비교하고자 한다. 또한, 기존에 사용되고 있는 복합재와 발포 알루미늄을 이용한 복합재의 재료비 및 가공비를 추정하고 경제적인 복합재를 제시하고자 한다.

The variable demand on the energy market, as well as the limited energy storage capabilities, requires a great flexibility in operating hydraulic turbines. But, present in Korea, the absence of testing laboratories and technical criteria for the performance test of small hydropower degrades the efficiency of the domestic hydropower machines, A performance guarantees for hydro turbines shall be contain, as a minimum, guarantees covering power, discharge and specific hydraulic energy, efficiency, maximum momentary overspeed and maximum momentary pressure and/or maximum steady-state runaway speed, as well as guarantees related to cavitation. Performance test are conducted by the test standard. Test codes based on extensive research data are written under the leadership of an IEC. Performance evaluation is carry out several test(performance test, cavitation test and runaway test). The paper presents the international turbine test laboratory and performance test standard.

The evaporative desalination system with solar energy would be the efficient and attractive method to get fresh water. This study was described the development of Multi Effect Distillation(MED) with solar energy desalination system. The system was designed and manufactured Multi effect distillation on the capacity of $3m^3$/day. The experimental apparatus consists mainly of ejector pump, Hot water pump, flow meter, demister, cooler, evaporator and condenser. Evaporator and condenser were made Shell&Tube Heat Exchanger type with corrugated tube. The experimental variables were chosen $75^{\circ}C$ for hot water inlet temperature, 40, 60 and $80{\ell}$/min for hot water inlet volume flow rate, 6.0 and $8.0{\ell}$/min for evaporator feed seawater flow rate, $18^{\circ}C$ for sea water inlet temperature to cover the average sea water temperature and the salinity of sea water is measured about 33,000 PPM (parts per million). for a year in Korea. This study was analyzed the results of thermal performance of Multi Effect Distillation. The results are as follows, The experimental Multi effect distillation is required about 40 kW heat source for production of $3m^3$/day fresh water. Various operating flow rate was confirm in the experiments to get the optimum design data and the results showed that the optimum total flow was $8.0{\ell}$/min. Comparison of Single Effect Distillation with Multi Effect Distillation showed MED is at least more than double of SED.

clathrate compound란 호스트 분자가 수소 결합에 의하여 3차원 골격구조를 만들고, 이 격자 내부의 동공으로 저분자량의 기체 게스트 분자가 포집되며 형성되는 고체 결정 화합물이다. 현재까지 다양한 호스트 분자가 clathrate 화합물을 형성하는 것으로 보고되어 있으며, 이 중 유기물인 hydroquinone 역시 clathrate compound를 형성할 수 있는 것으로 알려져 있다. clathrate compound는 작은 고체 부피 내부에 막대한 양의 기체 분자를 저장할 수 있는 특성을 지니고 있기 때문에, 에너지 가스의 저장/수송이나 혼합 가스의 선택적 분리와 같은 다양한 응용을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 clathrate compound를 형성하는 유기 호스트 분자인 hydroquinone을 이용하여 다양한 기체분자들에 대한 포집 거동을 파악하였다. 순수 기체로는 $N_2$, $H_2$, $CO_2$, $CH_4$의 4종류를 가지고 고압 반응기에서 50bar의 압력, 상온에서의 반응 조건으로 반응을 시켰다. 이렇게 형성된 반응 샘플들은 clathrate 형성 여부(기체의 포집 여부)를 확인하기 위하여 x-ray 회절을 통한 고체 결정 구조 분석을 수행하였다. 또한 순수 기체 이외에 다양한 비율(20%, 40%, 60%, 80%)의 조성을 갖는 $CO_2+N_2$ 혼합가스를 이용하여 clathrate compound의 형성과 조성 분석을 수행하였는데, x-ray 회절 분석과 13C 고체 NMR 분석을 통해 미세 구조 분석 연구를 수행하였고, Raman분석을 통하여 그 조성을 확인하였다. 본 연구에서 얻어진 결과는 기체의 저장/수송이나 혼합 가스의 선택적 분리와 같은 응용 분야에서 중요한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

아직까지 국내에서 사용하는 대부분의 에너지는 화석연료에 의존하고 있다. 지하자원에서 나오는 석탄, 석유와 같은 화석연료는 다른 에너지원에 비해 운송이 간편하고 쉽게 이용할 수 있는 장점이 있지만, 환경오염의 문제성과 오일가상승, 자원의양 및 저장장소가 한정되어 있다는 단점을 가지고 있다. 이에 따라 수소와 같은 대체에너지를 이용하여 환경오염을 예방하고 무한히 사용할 수 있는 에너지원을 개발하기 위한 대체 방안들이 연구되고 있다. 폐기물 가스화시 발생되는 합성가스(CO, $CO_2$, $CH_4$, $H_2$) 내 일차로 생성된 일산화탄소는 수증기와 반응함으로써 이산화탄소로 전환이 가능하다. 잔류 메탄은 이산화탄소를 이용하여 개질함으로써 합성가스내 수소농도를 높일 수 있다. 전환된 잔류가스(CO, $CO_2$, $H_2$)내 일산화탄소는 산소를 이용하여 이산화탄소로 산화시킬 수 있으며, 산화된 이산화탄소는 흡착제를 이용하여 제거가 가능하다. 본 연구에서는 실제 가스화시 발생되는 합성가스를 이용하기 위하여, RPF가스화시 발생되는 합성가스를 직접 포집하여 실험을 진행하였다. 합성가스내 소량의 메탄은 니켈촉매를 이용하여 수소로 전화시켰으며, 잔류하는 일산화탄소는 백금촉매, 이산화탄소는 탄산나트륨 흡착제를 이용하여 연속적으로 제거함으로써 순수한 수소를 제공하였다.

해양에서 물리적 에너지원으로는 조류, 조력, 파력, 해양온도차에너지(Ocean Thermal Energy : OTE)가 있으며, OTE 개발을 위해서는 우선 부존 자원량 파악과 개발적지 선정이 선행되어야 한다. 이를 위해 대상해역의 표층과 심층간의 수온차이 값(${\Delta}T$)에 대한 연중출현확률의 산정이 필요하다. 본 연구에서는 이러한 ${\Delta}T$의 연중출현확률을 산정하기 위해 남해 해역을 대상으로 47년간(1961~2007) 격월 별(2, 4, 6, 8, 10, 12월)로 관측된 93개 정점의 정선해양관측자료(국립수산과학원)를 사용하였다. ${\Delta}T$값을 정량화 하고자 정점 별 ${\Delta}T$(> $5^{\circ}C$, > $10^{\circ}C$, > $15^{\circ}C$)의 연중출현확률을 빈도분석과 조화분석 방법을 사용하여 계산하고 이를 공간적으로 광역적 규모와 지역적 규모에서 두 방법의 장단점을 비교, 분석 하였다.

우리나라 생활폐기물 중 음식물쓰레기는 가장 많은 부분을 차지하고 있다. 또한, 음식물쓰레기에서 발생되는 음폐수의 발생량은 8,926톤/일에 달하고 있지만, 이 중 극히 일부만이 하수처리장 등에서 병합 처리되고 있고 대부분은 해양 투기되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 독일 GBU사로부터 중온/습식/이상 혐기성 소화 기술을 도입하여 HADS Pilot Plant를 설치하였고, 2008년 3월부터 국내 음폐수 및 음식물쓰레기에 적합한 최적의 운전기술을 확보하기 위한 Pilot Test를 실시하였다. 본 실험에 사용된 HADS Pilot Plant는 산발효조($6m^3$), 메탄발효조($50m^3$), 안정화조/가스저장조($40m^3$)그리고 가스 소각기로 구성되어 있다. 그리고 적용 음폐수 및 음식물쓰레기는 경기도 Y군에 위치한 사료화 시설에 반입되는 것을 이용하였는데 음폐수는 평균 TS 13.5%, VS 80%, pH $3.7{\pm}0.2$의 성상을 나타내었다. 이를 이용해 계단식으로 유기물 부하를 증가시키면서 $4kgVS/m^3/d$까지 적용하며 중온 상태에서 혐기성 소화를 실시한 결과, $0.8Nm^3/kgVS_{rem}/d$의 바이오가스 회수 및 85%의 VS 감량이 가능함을 확인하였다. 그리고 음식물쓰레기는 음폐수와 달리 1차 파쇄/선별기 및 배관상에 설치되는 2차 미세파쇄/선별기를 통한 전처리를 실시하였고, 1차 파쇄/선별 후 평균적으로 TS가 17.4%, VS는 81%, pH는 $3.85{\pm}0.2$의 성상을 나타내는 음식물쓰레기를 2차 미세파쇄/선별기를 거쳐 Pilot Plant의 산발효조에 투입하여 중온상태에서 혐기성 소화를 실시하였다. 음폐수 적용시와 마찬가지로 계단식으로 유기물 부하를 증량하면서 $4kgVS/m^3/d$까지 적용하여 운전하였고, 그 결과 약 $0.9{\sim}1.2Nm^3/kgVS_{rem}/d$의 바이오가스 회수와 85~87%의 VS 감량 효율을 확인하였다. 음폐수와 음식물쓰레기의 혐기성 소화 실험 결과, 제거된 VS량을 기준으로 보았을 때, 음식물쓰레기에서 더 많은 바이오가스 발생하였는데 이는 음식물쓰레기에 존재하는 고형물이 미생물들의 서식 공간으로 활용됨에 따라 혐기성 소화 과정에서 일어나는 혼합 발효 및 공영양 대사가 음폐수 대비 좀 더 수월하게 일어날 수 있게 된 데에 따른 결과라고 생각된다. 당사의 HADS Pilot Plant test에서는 계단식의 순차적인 유기물 부하 증량과 총VFA/총 알카리도 비율을 0.3~0.4 수준이하로 유지하며 운전함에 따라 음폐수와 음식물 모두에서 안정적으로 $4kgVS/m^3/d$까지의 유기물 부하 적용이 가능하였다. 또한, 생산된 바이오가스 내 메탄의 함량은 60~65%를 유지하였으며, 메탄발효조의 pH는 별도의 조절이 없이도 운전기간 동안 평균 7.8~7.9 수준을 유지하였다. 이처럼 pH 3.7~3.8의 음폐수 또는 음식물쓰레기의 투입에도 안정적인 완충능력을 보여준 것은 소화조 내에서 기질로부터 분해되어져 나오는 암모니아와 이산화탄소가 강력한 버퍼 시스템을 구축하고 있음에 따른 결과로 사료된다. 그리고 음폐수와 음식물쓰레기의 경우 모두 85%이상의 높은 VS 제거율을 보여주었는데 이는 당사의 HADS Pilot Plant 소화조의 구조가 내통과 외통으로 구분되어져 있음에 따라 plug flow + CSTR의 특징을 가짐에 따른 결과로 판단된다. 상기한 결과를 바탕으로 향후에는 $5kgVS/m^3/d$ 수준의 유기물 부하 적용운전도 계획하고 있다.

본 연구는 주류 제조과정에서 발생하는 생전분발효 부산물을 펠릿(pellet)연료로 전환하는 과정에서 효율적인 방법에 대해 기술한다. 술을 정제하는 과정에서 발생하는 주박을 펠릿화하고 재생청정에너지인 폐자원의 효율성을 높이기 위한 방법을 제안한다. 술을 정제하고 남은 지게미를 주박(酒粕, 술지게미)이라 하고 흔히 부드러운 것을 단단하게 뭉친 알갱이를 펠릿이라 한다. 현재 펠릿화는 폐목재를 분쇄후 성형, 가공하여 목재펠릿을 만들어 상용화하고 있다. 목재펠릿은 성형, 가공하는데 비용이 주박보다 많이 들고 열량도 더 낮음을 확인하였다. 목재소에서 나온 나무(톱밥)와 주박을 열량측정기를 이용하여 측정한 결과로 나무는 약 1850 Kcal이고 주박은 약 1989 Kcal가 측정되었다. 나무는 일반 목재소 세 곳에서 채취한 것이고 주박은 막걸리, 약주 및 청주의 술지게미를 실험에 사용한다. 주류업체에서도 술을 정제하고 남은 주박을 처리하는데 많은 곤란과 비용이 든다. 또한 주박을 해양에 투척하여 처리해 왔으나 2012년부터 해양투기가 금지되어 더욱 처리에 곤란을 겪게 된다. 최근 주박을 토양개량제(비료)로 개발하여 사용하기도 하나 본 연구에서 제안하는 장점은 농산물을 재배해서 주류제조시 발생되는 주박을 펠릿화하여 연료로 사용하고 남은 재를 토양개량제로 사용하는 장점이 있다. 제품의 전체 라이프 사이클을 통해 환경으로 방출되는 모든 것을 가능한 한 0(zero)으로 하는 활동인 제로-이미션(zero-emision)이 된다. 이는 단순히 배출량만을 줄이는 것이 아니라 폐기물을 유용한 자원으로 활용한다는 측면이 가장 큰 이점이 된다. 주박의 효율성을 높이기 위해 주박을 종류별로 주박과 목재를 섞는 방법으로 열량을 측정하였다. 먼저 열량이 높은 순서로 막걸리 주박과 약주 주박의 비율을 1:1, 1:0.5, 1:0.2, 두 번째 막걸리 주박과 청주 주박의 비율을 1:1, 1:0.5, 1:0.2, 세 번째 막걸리 주박과 나무 톱밥의 비율을 1:1, 1:0.5, 1:0.2로 섞어서 열량을 측정하였다. 열량이 높은 순서는 세 번째(2015Kcal), 두 번째(1995Kcal), 첫 번째(1868Kcal)의 순이었다. 가장 열량이 높은 막걸리 주박과 나무 톱밥을 섞은 것이 가장 효율성이 높다. 주박 펠릿의 장점은 친환경적인 소재이고 지속적으로 재생이 가능한 에너지원이다. 더욱이 주박 펠릿은 발열량이 높고 다른 바이오매스 원료에 비해 청정하다는 큰 장점을 지니고 있다. 또한 사용에 소요되는 유지 관리비용을 최소화할 수 있고 자동화가 가능하여 사용에 편리하다. 가격면에서 화석연료에 비해 안정적이고 체적 또한 작아 이송의 큰 장점을 가지고 있다. 현재 펠릿의 경우는 목재펠릿이 제품화되어 있지만 주박을 이용하여 제품의 펠릿화를 통한 연료원으로 사용하는 경우는 전 세계 전무한 상태로 폐자원을 재사용하는 효율성이 제시된다. 향후 과제로 주박을 이용한 펠릿 연료원의 기술이 개발되고 기계적인 시스템을 개발하면 저탄소 녹색성장 신재생에너지 연료의 획기적인 미래형 에너지시스템이 될 것이다.

Rice straw was pretreated with aqueous ammonia in order to enhance enzyme digestibility. Soaking in ammonia aqueous (SAA) was conducted with 15% ammonia, at $60^{\circ}C$. for 24 h. Optimization of both saccharification conditions and enzyme loading of SAA rice straw was carried out. Especially enzyme loading test was performed using statistical method. Moreover proton beam irradiation (PBI) was also performed to overcome the problem which inhibit the enzyme digestibility at 1-25 kGy doses with 45 MeV of beam energy. Optimal condition for enzymatic saccharification was follows; pH 4.8, $50^{\circ}C$, 60 FPU of enzyme activity, 1:4 ratio of celluase and ${\beta}$-glucosidase. Also, optimal doses of PBI on rice straw and SAA-treated rice straw for efficient sugar recovery were found to be 3 kGy, respectively. When saccharification was performed with optimal condition, glucose conversion yield was 89% of theocratical maximum in 48 h, and 3 kGy of PBI was applied to SAA-treated rice straw, approximately 90% of the theoretical glucose yield was obtained in 12 h. The results of X-ray diffractometry (XRD) support the effect of both SAA and PBI on sugar recovery, and scanning electron microscopy (SEM) images unveiled the physical change of the rice straw surface since rugged rice straw surface was observed.

본 논문에서는 wavelet 변환을 이용하여 태양광 발전 시스템의 계통 전원 고조파를 측정하는 방법을 연구하였다. PCS(Power Conditioning System)는 태양전지의 전력을 교류로 변환하여 계통에 연계시키는 장치이다. 직류에서 교류로 변환할 때 스위칭 노이즈가 발생하고, 전력품질이 약화되게 된다. Wavelet 이론은 시간 파형을 주파수 성분으로 분해할 수 있는 기술이다. 이중에서 MLD(Multi-evel Decomposition)기법은, 계산량이 적으면서도 빠른 시간 내에 고조파 성분들을 알아낼 수 있다. 시스템 모델링과 wavelet 이론 소개, 그리고 컴퓨터 모의실험과 DSP 제어기를 이용한 실험 결과로서 본 연구의 타당성을 입증하였다.

Efficient and durable electrical energy storage is one of the major factors limiting the wide-spread adoption of renewable energy. Since lithium-ion batteries (LIBs) were first commercialized in the early 1990s, LIBs have emerged as an important energy storage device for portable electronics. LIBs are very desirable because of their high energy storage per volume and per mass. However, LIBs with high energy and power as well as higher stability are needed for their use in a variety of energy storage applications such as MEMS devices, PDA, plug-in hybrids, all-electric vehicles and large scale utility systems. In this talk, I will discuss present energy perspective, especially energy storage and its role in renewable energy. After that I will discuss the recent advances in nanostructured materials and interface engineering that have led to the achievement of improved Li-ion batteries. Finally I will talk aboutcritical issues that need to be addressed to obtain further improvements in Li-ion batteries.

Due to the recent public awareness of global warming and sustainable economic growth, there has been a growing interest in alternative clean energy sources. Hydrogen is considered as a clean fuel for the next generation. One of the technical challenges related to the use of hydrogen is safe monitoring of the hydrogen leak during separation, purification and transportation. For detecting various gases, chemiresistor-type gas sensors have been widely studied and used due to their well-established detection scheme and low cost. However, it is known that many of them have the limited sensitivity and slow response time, when used at low temperature conditions. In our work, a sensor based on Schottky barriers at the electrode/sensing material interface showed promising results that can be utilized for developing fast and highly sensitive gas sensors. Our hydrogen sensor was designed and fabricated based on indium oxide (In2O3)-doped tin oxide (SnO2) semiconductor nanoparticles with platinum (Pt) nanoclusters in combination with interdigitated electrodes. The sensor showed the sensitivity as high as $10^7%$ (Rair/Rgas) and the detection limit as low as 30 ppm. The sensor characteristics could be obtained via optimized materials synthesis route and sensor electrode design. Not only the contribution of electrical resistance from the film itself but also the interfacial effect was identified as an important factor that contribute significantly to the overall sensor characteristics. This promises the applicability of the developed sensor for monitoring hydrogen leak at room temperature.

Development of low cost hybrid functional nano-structured materials has great interest to enhance sensitivity of dye-sensitized solar cells and reduction of the production cost. In this talk we will discuss about using different processes to modify functional characteristics of photoelectrode and investigate effects of chemical modification without significant structural variation on to enhance performance of DSSCs. Efficient electron transportation between dye molecules and photoelectrode has been obtained by appropriate chemical modification and efficiency of DSSC has been significantly improved. A comparative analysis on effects of surface functional and electron states of photoelectrode on VOC and JSC has been also carried out to discuss effects of composite materials on physical structure and electronic properties to correlate enhanced performance of these devices.

최근 친환경적이고 저투자비용의 빠른 생산성을 가진 야금화학적인 방법으로의 태양전지급 실리콘 생산공정이 빠르게 성장하고 있다. 이로 인해 금속급 실리콘(MG-Si)에서부터 태양전지급 실리콘(SoG-Si)으로의 정련공정 또한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 UMG-Si 내 주요 불순물인 Boron함량을 SoG-Si 순도로 정련하는 것을 목표로 기존의 방법과 달리 전자기연속주조정련법을 사용하여 도가니 비접촉식 용융 후 스팀플라즈마토치를 통해 Boron을 제거하고자 하였다. 실험에 사용한 가스 유량은 $H_2O$ 0.3~1.0ml/min, $H_2$ 20~40ml/min 이며 실험 후 ICP-MASS 분석 결과 초기 Boron 함량 2.9ppm으로부터 0.17ppm으로 줄었음을 확인하였다.

In solar cell module manufacturing, single solar cells has to be joined electrically to strings. Copper stripes coated with tin-silver-copper alloy are joined on screen printed silver of solar cells which is called busbar. The bus bar collects the electrons generated in solar cell and it is connected to the next cell in the conventional module manufacturing by a metal stringer using conventional hot air or infrared lamp soldering systems. For thin solar cells, both soldering methods have disadvantages, which heats up the whole cell to high temperatures. Because of the different thermal expansion coefficient, mechanical stresses are induced in the solar cell. Recently, the trend of solar cell is toward thinner thickness below 180um and thus the risk of breakage of solar cells is increasing. This has led to the demand for new joining processes with high productivity and reduced error rates. In our project, we have developed a new method to solder solar cells with a laser heating source. The soldering process using diode laser with wavelength of 980nm was examined. The diode laser used has a maximum power of 60W and a scanner system is used to solder dimension of 6" solar cell and the beam travel speed is optimized. For clamping copper stripe to solar cell, zirconia(ZrO)coated iron pin-spring system is used to clamp both joining parts during a scanner system is traveled. The hot plate temperature that solar cell is positioned during lasersoldering process is optimized. Also, conventional solder joints after $180^{\circ}C$ peel tests are compared to the laser soldering methods. Microstructures in welded zone shows that the diffusion zone between solar cell and metal stripes is better formed than inIR soldering method. It is analyzed that the laser solder joints show no damages to the silicon wafer and no cracks beneath the contact. Peel strength between 4N and 5N are measured, with much shorter joining time than IR solder joints and it is shown that the use of laser soldering reduced the degree of bending of solar cell much less than IR soldering.

This paper deals with the simulation of solid particle coating technology via supersonic nozzle in vacuum environment to devote as an aerosol-deposition device. In order to improve efficiencies of nozzle and coating process, effects of shockwave, nozzle geometry, and substrate location were studied computationally under a fixed chamber pressure of 0.01316 bar which is nearly vacuous. Shockwave is the important factor affect to entire flow because shockwave in the jet flow dissipates the kinetic energy of the flow in the supersonic condition. Results show that various nozzle geometries have significant effect on the supersonic flow and we know that the supersonic nozzle should be optimized to minimize the loss of the flow. Another parameter, the distance between substrate and nozzle tip, shows little effect in this study.

Aluminum-induced crystallization (AIC) of amorphous silicon (a-Si) is studied with the structure of a glass/Al/$SiO_2$/a-Si, in which the $SiO_2$ layer has micron-sized laser holes in the stack. An oxide layer between aluminum and a-Si thin films plays a significant role in the metal-induced crystallization (MIC) process determining the properties such as grain size and preferential orientation. In our case, the crystallization of a-Si is carried out only through the key hole because the $SiO_2$ layer is substantially thick enough to prevent a-Si from contacting aluminum. The crystal growth is successfully realized toward the only vertical direction, resulting a crystalline silicon grain with a size of $3{\sim}4{\mu}m$ under the hole. Lateral growth seems to be not occurred. For the AIC experiment, the glass/Al/$SiO_2$/a-Si stacks were prepared where an Al layer was deposited on glass substrate by DC sputter, $SiO_2$ and a-Si films by PECVD method, respectively. Prior to the a-Si deposition, a $30{\times}30$ micron-sized hole array with a diameter of $1{\sim}2{\mu}m$ was fabricated utilizing the femtosecond laser pulses to induce the AIC process through the key holes and the prepared workpieces were annealed in a thermal chamber for 2 hours. After heat treatment, the surface morphology, grain size, and crystal orientation of the polycrystalline silicon (pc-Si) film were evaluated by scanning electron microscope, transmission electron microscope, and energy dispersive spectrometer. In conclusion, we observed that the vertical crystal growth was occurred in the case of the crystallization of a-Si with aluminum by the MIC process in a small area. The pc-Si grain grew under the key hole up to a size of $3{\sim}4{\mu}m$ with the workpiece.

결정형 태양 전지의 보급화를 위하여 고순도 실리콘을 저렴하게 제조할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 본 연구에서는 고순도 실리콘을 경제적으로 제조하기 위하여 대역 정제에 의한 일방향성 응고법을 이용한 정련 연구를 진행하였으며, 응고 속도와 고 액상의 온도 구배가 정련도에 미치는 영향을 분석 하였다. 본 실험에 사용된 일방향 응고장치는 실리콘 용탕이 장입된 도가니 하부의 열 교환기를 통한 냉각에 의해 용탕 하부에서 상부 방향으로의 일방향성 응고가 진행되며, 응고 진행시 용탕의 흔들림에 의한 정련능의 감소를 방지하기 위해 가열 영역이 이동하는 Stober 공정을 채택하였다. 가열 영역은 실리콘 용융을 위한 상부 가열 영역과 응고 진행시 응고부의 온도 제어를 위한 하부 가열 영역으로 구성되어 있으며, 두 가열 영역의 온도 제어를 통해 응고중인 실리콘의 고 액상의 온도 구배를 조절하였다. 일방향 응고에 의한 정련법에서 고 액상의 온도 구배가 증가할수록 2차 수지상의 발달이 감소하고, 주상정의 수지상 형태를 유지하게 되어 고 액 공존영역에서 액상 영역으로의 확산이 원활하게 이루어져 분배계수를 이용한 정련도가 좋아지게 되며, ICP 분석을 통해 온도 구배의 증가에 따라 정련능이 증가하는 양상을 확인 할 수 있었다. 고 액상의 온도 구배의 조절을 통한 공정 시간 대비 정련도의 향상을 통해 결정형 태양전지의 생산성의 증가를 통한 저가화를 이룰 수 있을 것이다.

공동주택에서 태양광발전(PV)을 통한 세대 전기에너지 이용은 모듈 설치 면적의 제약으로 인해 전 세대를 대상으로 활용하기에 현실적으로 어려움이 있다. 특히 남향이나 남동, 남서향으로 위치한 거실 창호를 활용하는 경우에도 결정질 실리콘(crystalline silicon) 태양전지 셀로 인한 실내 음영문제 등으로 건물통합형 태양광발전(BIPV) 시스템의 가시성을 확보하는데 한계가 있다. 따라서 이런 문제점을 극복하고자 투광형 비정질실리콘(amorphous silicon) 태양전지를 이용한 발코니창호/커튼월 BIPV 시스템을 구축하고, 테스트베드를 통한 적용성 평가 검증을 수행하였다. 테스트베드는 KCC 중앙연구소 1층 외부 측창에 결정질 BIPV 모듈(A2PEAK 사(社), 최대 출력 210 Wp, W 2,000 mm ${\times}$ H 1,066 mm)과 10% 및 30% 투광형 비정질 BIPV 모듈(Sharp 사(社) See Through type, 최대 출력 135 Wp/123 Wp, W 1,930 mm ${\times}$ H 1,180 mm)을 각각 설치(남서 $30^{\circ}$, 수직 $90^{\circ}$)하여, 2009년 5월에서 8월 사이 4개월에 걸친 모니터링을 통해 실제 발전량 데이터를 확보, 시스템에 대한 분석을 진행하였다. 분석 결과, 설치용량당 일평균 발전량은 결정질형이 1.46 kWh/kWp, 10% 투광형은 1.10 kWh/kWp, 30% 투광형은 0.73 kWh/kWp을 나타내었다. 10% 투광형과 30% 투광형의 모듈 성능 차이는 크지 않으나 발전량에 있어서는 큰 차이를 보였고, 10% 투광형의 설치용량당 일평균 발전량은 경정질형의 75.2% 수준으로 투광형 비정질실리콘 BIPV 시스템의 창호 적용 가능성을 확인하였다. 특히 세대 거실 창호를 통한 가시성 확보는 기존 결정질 BIPV 창호의 단점을 개선하였다. 건자재 일체화로 구축된 가시성확보 BIPV시스템 창호는 단위 세대별 적용이 쉽고, 공동주택에서 PV 시스템의 설치면적을 극대화시키므로 향후 Zero Energy 공동주택 구축에도 활용성이 클 것으로 기대된다.

본 연구는 상온 상압하에서 미세구조 패턴을 갖는 대용량의 CaCO3 박막을 제조하고 여러 가지 첨가제를 이용하여 박막 표면의 형상제어를 수행하였다. 또한 형상 제어된 CaCO3 박막을 템플릿으로 이용하여 고분자 및 금속 박막 형상 제어 연구를 수행하였다. 본 연구를 통해 개발된 LACS(Large Area CaCO3 Stamping)법을 통해 흡착능과 소수성의 특성과 같은 다양한 기능성을 갖는 박막의 제조가 가능하였다. 기존의 박막제조 기술은 주로 저압조건에서 이루어지기 때문에 대면적화가 어렵고 형상을 제어 하는데 여러 가지 단점이 있었던 반면 LACS는 에너지의 소모가 적고 다양한 형상제어를 통해 기존의 박막제조 기술의 단점을 보완할 수 있을 것으로 판단된다.

$CuIn_{1-x}-GaxSe_2$ based materials with direct bandgap and high absorption coefficient are promising materials for high efficiency hetero-junction solar cells. CIGS champion cell efficiency(19.9%, AM1.5G) is very close to polycrystalline silicon(20.3%, AM1.5G). A reduction in the price of CIGS module is required for competing with well matured silicon technology. Price reduction can be achieved by decreasing the manufacturing cost and by increasing module efficiency. Manufacturing cost is mostly dominated by capital cost. Device properties of CIGS are strongly dependent on doping, defect chemistry and structure which in turn are dependent on growth conditions. The complex chemistry of CIGS is not fully understood to optimize and scale processes. Control of the absorber grain size, structural quality, texture, composition profile in the growth direction is important to achieving reliable device performance. In the present work, CIS nanoparticles were prepared by a simple wet chemical synthesis method and their structural and optical properties were investigated. XRD patterns of as-grown nanopowders indicate CIS(Cubic), $CuSe_2$(orthorhombic) and excess selenium. Further, as-grown and annealed nanopowders were characterized by HRTEM and ICP-OES. Grain growth of the nanopowders was followed as a function of temperature using HT-XRD with overpressure of selenium. It was found that significant grain growth occurred between $300-400^{\circ}C$ accompanied by formation of ${\beta}-Cu_{2-x}Se$ at high temperature($500^{\circ}C$) consistent with Cu-Se phase diagram. The result suggests that grain growth follows VLS mechanism which would be very useful for low temperature, high quality and economic processing of CIGS based solar cells.

Ag thick-film has usually been used for the front electrode of Si solar cells with the outstanding electrical properties. Ag paste consists of Ag powers, vehicles, frits and additives. Ag paste has broadly been screen-printed on the front side of Si wafer with the merits of low cost and simplicity. The optimal contact formation between Ag electrodes and Si wafer in the front electrode during a fast firing has been considered as the key factor for high efficiency. Although the content of frit in Ag pastes is less than 5wt%, it can profoundly influence the contact formation between Ag and Si under the fast firing. In this study, the effects of lead-free frits on the contacts between Ag and Si were studied with the thermal properties and compositions of various frits. Our experimental results showed that the electrical properties of cells were related to the interface structures between Ag and Si. It was found that current path of electrons from Si to Ag would be possible through the tunneling mechanism assisted by tens of nano-Ag recrystals on $n^+$ emitter as well as Ag recrystals penetrated into $n^+$ emitter layers. These preliminary studies will be helpful for designing the proper frits for the Ag pastes with considering the properties of various Si wafers.

CIS(CuInSe2)계 화합물 태양전지는 높은 광흡수계수와 열적 안정성 및 조성 조절을 통한 밴드갭 조절이 용이해 고효율 박막 태양전지로 각광 받고 있다. 또한 CIGS 태양전지는 기존의 유리기판 대신 유연한 기판을 사용해 flexible 태양전지 제조가 가능하다. 이러한 유연기판은 보통 stainless steel과 같은 금속 기판이 많이 사용되는데 기존의 soda-lime glass 기판과는 달리 금속기판에는 Na이 첨가되어 있지 않아 별도의 Na첨가를 필요로 한다. Na은 CIGS 흡수층의 조성조절을 용이하게 하여 태양전지의 변환 효율을 향상시키는 역할을 한다. 본 연구에서 기판은 Na이 첨가되어있지 않은 corning glass를 사용 하였으며 NaF를 이용해 Mo가 증착된 기판에 NaF의 두께를 달리하며 증착해 CIGS 흡수층의 grain 사이즈를 비교 하였으며 그 후 태양전지 소자를 제조해 광전특성을 분석하였다. 후면 전극으로 약60nm 두께의 Mo를 DC Sputtering 방법을 이용해 증착 하였다. buffer층으로는 약 50nm의 CdS층을 CBD방법을 이용하여 제조 하였으며 TCO 층으로 약 50nm의 i-ZnO와 약 450nm의 Al-ZnO를 RF Sputtering방법으로 증착 하였다. 마지막으로 앞면 전극으로 약 $1{\mu}m$의 Al을 Thermal Evaporation방법으로 증착하였다. 태양전지 소자의 면적은 $0.49cm^2$로 효율을 비교 분석하였다.

박막 실리콘 태양 전지는 저가격화 및 대량생산, 대면적화에 유리하다는 장점을 가지고 있다. 단점으로 지적되는 낮은 효율을 극복하기 위해 광흡수층의 밴드갭이 서로 다른 두 개 이상의 박막을 적층하여, 넓은 파장 대역의 빛을 효과적으로 흡수함으로써 광변환 효율을 올리기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다. 서로 다른 밴드갭의 광흡수층을 가진 p-i-n 구조를 다중 적층하여 고효율의 태양 전지를 제작하기 위해서는 n-도핑층과, p-도핑층 간에 전자와 정공이 빠르게 재결합할 수 있는 터널 접합(Tunnel Recombination Junction)의 형성이 필수적이며, 이때 광손실이 최소화되도록 해야한다. 만약 터널 접합이 적절하게 형성되지 않으면 결합되지 않은 전자와 정공이 도핑층 사이에 쌓이게 되고, 도핑층 사이의 저항 증가로 태양 전지의 광변환 효율은 크게 하락한다. 이번 연구에서는 터널 접합이 잘 이루어지게 하기 위한 n-도핑층 및 p-도핑층 박막의 특성과, 터널 접합의 특성에 따른 적층형 태양 전지의 광효율 변화를 확인하였다. 광흡수층 및 도핑층은 TCO($SnO_2:F$, Asahi) 유리 기판 위에 PECVD를 사용하여 p-i-n 구조로 RF Power 조건에서 증착되었고, ${\mu}c$-Si 광흡수층의 경우에는 VHF Power 조건에서 증착되었다. 광흡수층이 a-Si/${\mu}c$-Si의 구조를 가지는 이중 접합 태양 전지에서 ${\mu}c$-Si n-도핑층/${\mu}c$-Si p-도핑층 사이의 터널 접합 실험 결과 n-도핑층 및 p-도핑층의 결정화도와 도핑 농도를 조절하여 터널 접합의 저항을 최소화했고, 터널 접합 특성이 이중 접합 셀의 광효율 특성과 유사한 경향을 보임을 확인하였다. 광흡수층이 a-Si/a-SiGe/${\mu}c$-Si의 구조를 가지는 삼중 접합 태양 전지 실험의 경우 a-Si과 a-SiGe 광흡수층 사이에 ${\mu}c$-Si n-도핑층/${\mu}c$-Si p-도핑층/a-SiC p-도핑층의 구조를 적용하여 터널 접합을 형성하였으며, ${\mu}c$-Si p-도핑층의 두께 및 박막 특성을 개선하여 광손실이 최소화된 터널 접합을 구현하였고, 삼중 접합 태양 전지에 적용되었다.

실리콘 박막 태양전지의 효율을 향상시키기 위해 밴드갭이 다른 흡수층을 적용한 tandem형 적층 태양전지를 이용하고 있다. 일반적으로 1.7eV이상의 밴드갭이 큰 비정질 실리콘을 이용하여 단파장의 빛을 흡수하고, 상대적으로 낮은 1.1eV 정도의 밴드갭을 갖는 미세결정 실리콘 층으로 장파장을 흡수하게 된다. 이렇게 연결된 tandem형 태양전지의 효율을 극대화하기 위해서는 각 태양전지에서 발생하는 전류 밀도를 일치시키는 것이 필요하다. 이를 위해 비정질 실리콘의 두께가 증가되는 경우가 있는데 이러한 경우 비정질 실리콘의 광열화 특성(Lihgt-induced degradation)으로 안정화 효율이 감소하게 된다. 따라서 비정질 실리콘 태양전지의 전류 밀도를 향상 시켜 두께를 최소화하는 것이 매우 중요하다. Tandem형 태양전지에서 비정질 실리콘 태양전지의 전류 밀도를 향상시키기 위해 두 개의 전지사이에 광 반사층을 적용하여 태양전지를 제조하게 된다. 이러한 경우 비정질 실리콘의 전류 밀도는 증가하지만, 광 반사 층의 장파장 흡수로 인하여 하부 태양전지의 전류 밀도 감소가 더 커지게 되어 전체 발생 전류 밀도는 오히려 감소하게 된다. 본 논문에서는 비정질 실리콘의 밴드갭을 제어하여 광 흡수 파장 영역 확대로 전류 밀도를 향상시키는 연구를 진행하였다. PECVD의 RF power 조건을 제어하여 1.75eV에서 1.67eV까지 밴드갭을 변화시켰다. 이와 같은 조건의 박막을 광 흡수층으로 갖는 p-i-n 구조의 비정질 실리콘 태양전지를 제작하였다. i층의 밴드갭이 감소됨에 따라 장파장 영역의 흡수가 확대되어 전류 밀도가 증가 하였지만, Voc의 감소가 컸다. 이는 i층의 밴드갭이 좁아짐에 따라 p층과의 불연속성이 커졌기 때문이다. 이러한 악영향을 줄이기 위해 p층과 i층 사이에 buffer층을 삽입하여 태양전지를 제작하였다. 이와 같은 최적의 buffer층 삽입을 통하여 불연속성을 줄임으로써 Voc의 상승효과를 확인하였다. 본 연구의 결과로 좁은 밴드갭을 갖는 광 흡수 층을 적용하여 전류 밀도를 향상시키고, 최적화된 buffer층 삽입으로 Voc를 향상시킴으로써 고효율의 비정질 실리콘 태양전지를 제작하였다. 이를 tandem형 태양전지에 적용할 경우 초기 효율뿐만 아니라 얇은 두께에서 제조할 수 있기 때문에 광열화 특성이 향상되어 안정화 효율의 증가를 가져올 수 있다.

삼중접합 태양전지에 상부전지로 이용되는 a-SiO:H 태양전지는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition)을 이용하여 증착하였다. i a-SiO:H는 $CO_2/SiH_4$ 비율을 변화하여 밴드갭을 조절하였다. $CO_2/SiH_4$가 0에서 0.43으로 증가 할수록 밴드갭이 1.74 eV에서 1.94 eV로 증가하는 경향을 보였다. 이는 FTIR에서 나타난 결과인 Si-O-Si 결합의 증가 때문인 것으로 판단한다. 그에 반해서 광 전도도는 감소하는 경향을 보였다.그러나 암전도도와 광전도도의 비율인 광민감도는 $10^5$에서 $10^4$의 값으로 비정질 태양전지에 적용가능한 값을 보였다. 이러한 박막 특성을 가진 i a-SiO:H를 이용하여 비정질 실리콘 태양전지를 제작한 결과 $CO_2/SiH_4$의 비율이 증가함에 따라 태양전지의 $V_{oc}$가 0.8 V에서 0.5 V로 현저하게 감소하였고, $J_{sc}$와 FF 역시 11 $mA/cm^2$에서 4 $mA/cm^2$, 69%에서 50%로 감소하였다. 단위박막 결함을 측정하는 CPM(Constant Photocurrent Method)을 이용하여 i a-SiO:H 내부에 $10^{16}cm^{-3}$ 정도의 내부 결함을 관찰하였고 이는 태양전지의 특성 감소와 관련이 있는 것으로 판단한다.

The morphology of mesoporous $TiO_2$ films plays an important role in the operation of a DSSC. For example, the energy conversion efficiency of DSSCs with well-organized mesoporous $TiO_2$ films is much higher than those with traditional films possessing a random morphology. In previous research, well-organized mesoporous $TiO_2$ films have mainly been synthesized using an amphiphilic block copolymer, e.g., a poly(ethylene oxide) (PEO)-based template. A graft copolymer is more attractive than a block copolymer due to its low cost and the ease with which it can be synthesized. In this work, we provide the first report on the successful synthesis of well-organized mesoporous $TiO_2$ films templated by an organized graft copolymer as a structure directing agent. Well-organized mesoporous $TiO_2$ films with excellent channel connectivities were developed via the sol gel processusing an organized PVC-g-POEM graft copolymer synthesized by one-pot ATRP. The careful adjustment of copolymer composition and solvent affinity using a THF/$H_2O$/HCl mixture was used to systematically vary the material structure. The influence of the material structure on solar cell performance was then investigated. A solid-state DSSC employing both the graft copolymer templated organized 700 nm-thick $TiO_2$ films and graft copolymer electrolytes exhibited a solar conversion efficiency of 2.2% at 100 $mW/cm^2$. This value was approximately two-fold higher than that attained from a DSSC employing a random mesoporous $TiO_2$ film. The solar cell performance was maximized at 4.6% when the film thickness was increased to $2.5{\mu}m$. We believe that this graft copolymer-directed approach introduces a new and simple route toward the synthesis of well-organized metal oxide films as an alternative to a conventional block copolymer-based template.

In order to improve the overall power conversion efficiency in dye-sensitized solar cells (DSSCs), it is very important to secure the sufficient surface area of photocatalytic nanoparticles layer for absorbing dye molecules. It is because increasing the amount of dye absorbed generally results in increasing the amount of light harvesting. In this work, we proposed a new method for increasing the specific surface area of photocatalytic titanium oxide ($TiO_2$) nanoparticles by using an inorganic templating method. Salt-$TiO_2$ composite nanoparticles were synthesized in this approach by spray pyrolyzing both the titanium butoxide and sodium chloride solution. After aqueous removal of salt from salt-$TiO_2$ composite nanoparticles, mesoporous $TiO_2$ nanoparticles with pore size of 2~50 nm were formed and then the specific surface area of resulting porous $TiO_2$ nanoparticle was measured by Brunauer-Emmett-Teller (BET) method. Generally, commercially available P-25 with the average primary size of ~25 nm $TiO_2$ nanoparticles was used as an active layer for dye-sensitized solarcells, and the specific surface area of P-25 was found to be ~50 $m^2/g$. On the other hand, the specific surface area of mesoporous $TiO_2$ nanoparticles prepared in this approach was found to be ~286 $m^2/g$, which is 5 times higher than that of P-25. The increased specific surface area of $TiO_2$ nanoparticles will absorb relatively more dye molecules, which can increase the short curcuit current (Jsc) in DSSCs. The influence of nanoporous structures of $TiO_2$ on the performance of DSSCs will be discussed in terms of the amount of dye molecules absorbed, the fill factor, the short circuit current, and the power conversion efficiency.

KPX(Korea Power Exchange) has been supervising FIT(Feed-in-tariff) for renewable energy power plants and supported 289MW photovoltaic power plants with Electric Power Industry Basis Fund in 2009. In this paper, we'll analyze utilization factor of these PV power plants in 2009 and for the latest 3 years and finally utilization factor of other renewable energy power plants in 2009.

Currently the variety of governmental business support and research for supplying solar energy have been actively progressed. As of now, however, There are no practical testing infrastructures of grid-connected photovoltaic system which test performance of solar power facility in domestic. Therefore, in KEPRI, there is in progress construction of practical testing ground of 500 kW class grid-connected PV System for developing the evaluation of the performance technology including the Module, PCS, and etc, that is the important instrument of the PV System, in Gochang area. It analyzed the site creation work for constructing the practical testing ground and new construction of control room and the unit standards, specifications and capacity of required equipment. For the system detailed design, configuration, instrument-specific parameters established, power generation predictions of Array Type and the components of testing ground are needed to build.

Microcrystalline silicon at low temperatures has been developed using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). It has been found that energetically positive ion and atomic hydrogen collision on to growing surface have important effects on increasing growth rate, and atomic hydrogen density is necessary for the increasing growth rate correspondingly, while keeping ion bombardment is less level. Since the plasma potential is determined by working pressure, the ion energy can be reduced by increasing the deposition pressure of 700-1200 Pa. Also, correlation of the growth rate and crystallinity with deposition parameters such as working pressure, hydrogen flow rate and input power were investigated. Consequently an efficiency of 7.9% was obtained at a high growth rate of 0.92 nm/s at a high RF power 300W using a plasma-enhanced chemical vapor deposition method (27.12MHz).

미니탭(Minitab) 프로그램에 있는 실험계획법(Design of experiment)를 이용하여 박막실리콘 I-layer의 주효과 및 교호작용에 대한 연구를 실시하였다. I-layer의 주요 특성은 증착속도 및 전도도에 대하여 분석을 하였으며, 최종적으로 선택된 증착조건을 사용하여 비정질 실리콘 태양전지를 제조하여 확인 하였다. 실험설계는 2수준 5인자 완전설계요인법을 사용하였다. 분석결과 단막의 증착속도에 영향을 주는 주효과로는 Power와 E/S거리고 나타났으며, Power와 E/S거리, Power와 Pressure에서 큰 교호작용이 일어남을 확인 할 수 있었다. 암전도의 영향을 주는 주효과는 Sub. Temp.를 제외하고는 모두 영향을 주고 있었으며, 상당히 복잡한 교호작용을 이루고 있어 정확한 분석을 할 수는 없었다. 광전도도의 경우도 주효과에서 SiH4 flow rate를 제외하고는 모두 영향을 주고 있었으며, 복잡한 교호작용으로 정확한 분석이 어려웠다. 따라서 P-value를 분석하여 최종 R-제곱값이 증착속도는 97%이상의 높은 값을 얻었으나 전도도의 경우 최대차수 3차항으로 70~80%정도의 낮은 값을 얻었을 수 있었다. 낮은 값을 얻은 이유로는 실험설계시 몇몇 조건이 불안정한 plasma 상태로 인하여 전도도의 측정 편차가 커 분석오차가 높았을 것으로 추정된다. 암전도를 망소특성, 광전도도를 망대특성으로 광민감도 $10^5$으로 최적화 하여 비정질 태양전지를 만들어 평가한 결과 약 9%대의 광변환 효율을 얻을 수 있었으나 만족도 40%대의 낮은 값으로 향후 이와 관련한 더 정밀한 측정 및 분석이 요구된다.

Triple junction solar cell을 위한 a-SiGe middle cell의 조건별 광학적 특성에 관한 연구를 실시하였다. a-SiGe I층은 GeH4 유량, 압력, H2 dilution ratio를 변화시켜 제조하였으며 전기적, 광학적 특성을 비교하여 최종적으로 선택된 조건을 triple junction solar cell에 적용하였다. a-SiGe I층은 Ge contents가 증가함에 따라 band gap은 감소하고 45% 이상의 조건에서는 700nm 전후 파장의 투과율이 감소하며, 압력이 감소함에 따라 band gap은 소폭 감소하나 700nm 전후 파장의 투과율은 증가하였다. 그리고 H2 ratio가 증가함에 따라 band gap은 소폭 감소하나 투과율에는 큰 변화가 없었다. 상기 결과를 바탕으로 최종적으로 선택된 조건에서 triple-junction solar cell을 제작하여 평가한 결과 초기 변환효율 9%의 결과를 얻었다.

F doped ZnO (FZO)박막은 rf magnetron sputtering을 이용하여 ZnO 박막에 F의 도핑량 변화에 따른 효과와 전기적, 광학적 및 열적 특성에 대하여 고찰하였다. 열처리 전의 박막에서는 $CF_4$ gas가 0.1%일 때 가장 좋은 전기적 특성을 보였고, 이는 대부분의 F이 O와 치환을 하여 전기적 특성이 우수해지는 것으로 보인다. 그러나 일반적으로 열처리 전 FZO 박막은 낮은 전기적 특성을 가지며, 열처리 후에는 전기적 특성이 많이 향상되었고, 특히 홀 이동도가 $42.6cm^2/Vs$의 높은 값을 가졌다. 또한 F 함량이 증가할수록 광학적 특성은 좋아졌지만, 구조적 특성은 열처리 전 후를 비교할 때 큰 변화가 없었다. 이 연구를 통해서 $40cm^2/Vs$이상의 높은 홀 이동도를 가지고, 열적으로 안정한 ZnO계 박막의 제조가 가능하였다.

염료감응형 태양전지에서 가능한 광전자의 이동경로에 대해 살펴보면 빛 에너지를 흡수한 루테늄계 염료는 기저상태에서 여기상태로 전이한 후 광전자의 반도체 전도띠로 전자주입이 이루어진다. 이러한 전자 중 일부는 반도체산화물의 트랩으로의 전이와 트랩에서 염료 기저상태로의 전이가 일어나고 일부 전자는 전해질의 이온종 또는 산화된 염료와 재결합하는 현상이 일어난다. 본 연구에서는 이러한 전자의 재결합을 막고자 p형 반도체인 NiO paste를 제작하여 $TiO_2$ 광전극 층 위에 코팅하였다. 코팅된 NiO 층은 홀수용체로서 염료에 전자를 제공해 주는 역할과 동시에 $TiO_2$ 가전도대로 이동되었던 전자들이 염료의 기저상태의 홀이나 전해질로의 전자 유입이 이루어지는 전자의 재결합을 막는 방벽의 역할을 동시에 하게 된다. 제작된 염료감응형 태양전지 셀의 에너지 변환효율 특성을 알아보기 위하여 1000 W Xe Arc Lamp와 Air Mass 1.5, filter가 장착된 Thermo-Preal (USA) Solar simulator system을 사용하여 개방전압 (Voc), 광전류 (Isc), fill factor (FF), 에너지변환 효율 (${\eta}$)을 조사하였으며 광학현미경을 통해 염료의 흡착 정도를 비교해 보았다. NiO의 코팅 두께나 NiO 나노입자 크기에 따라 염료감응형태양전지에서 에너지변환효율에 미치는 영향을 조사하였다. NiO가 코팅되지 않은 $TiO_2$ 광전극과 비교해 볼 때 NiO 코팅시 Voc와 Isc의 증가로 인해 에너지변환효율이 20% 이상 향상되는 것을 볼 수 있었다.

Dye-sensitized solar cells (DSSC) show great promise as an inexpensive alternative to conventional p-n junction solar cells. Investigations into the various factors influencing the photovoltaic efficiency have recently been intensified. The conventional absorber electrode in DSSC is composed of compacted or sintered $TiO_2$ nanopowder that carries an anchored organic dye. The absorbance of incident light in the DSC is realized by specifically engineered dye molecules placed on the semiconductor electrode surface ($TiO_2$). The dye absorbs light at wavelengths up to about 920nm, the energy of the exited state of the molecule should be about 1.35eV above the electronic ground state corresponding to the ideal band gap of a single band gap solar cell. The dye molecules ar adhered onto the nanostrutured $TiO_2$ electrode by immersing the sintered electrode into a dye solution, typically 3mM in alcohol, for a long enough period to fully impregnate the electrode. However, the concentrations of the dye is slightly changed due to the evaporation of the alcohol. The dye is more expensive than other materials in DSSC and related to the efficiency of DSSC. Therefore, the concentrations of the dye should be carefully measured. In this study, we investigated to the dye loading on fired $TiO_2$ powder as a function of temperature by the TG-DTA and the dye solution by UV-visible spectroscopy after the impregnation process. The dye loading is related to the porosity of the nanostructured $TiO_2$ electrode.

We have fabricated organic photovoltaic cells (OPVs) with highly conductive poly 3,4-ethylenedioxythiophene : poly styrenesulfonate (PEDOT:PSS) layer as an anode without using transparent conducting oxide (TCO), which has been modified by adding some organic solvents like sorbitol (So), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methyl-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), and ethylene glycol (EG). The conductivity of PEDOT:PSS film modified with each additive was enhanced by three orders of magnitude. According to atomic force microscopy (AFM) study, conductivity enhancement might be related to better connections between the conducting PEDOT chains. TCO-free solar cells with modified PEDOT:PSS layer and the active layer composed of poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and phenyl [6,6] C61 butyric acid methyl ester (PCBM) exhibited a comparable device performance to indium tin oxide (ITO) based organic solar cells. The power conversion efficiency (PCE) of the organic solar cells incorporating DMSO, So + DMSO and EG modified PEDOT:PSS layer reached 3.51, 3.64 and 3.77%, respectively, under illumination of AM 1.5 (100mW/$cm^2$).

Recently, bulk hetero-junction cells have been extensively studied by many researchers. Most of these cells were fabricated by spin coater. However, the spin coating process is not favorable to the large-scaled industry because it is not compatible with roll-to-roll process. One of the alternative methods is Doctor blading. In this study, we fabricated large OPV cells having total area of $100cm^2$. The buffer layer was Poly-(3,4-ethylenedioxythiophene) : poly-(styrenesulfonate) aqueous dispersion (PEDOT:PSS) and the active material is poly (3-hexythiophene) (P3HT) and phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) blend in the solvent of Chlorobenzene. All of the organic layers were coated by dragging the blade with a speed of 5~20 mm/s on the stage with a temperature of $50^{\circ}C$. As-bladed PEDOT:PSS layer was baked at $120^{\circ}C$ for 10 minutes to eliminate the water. The cell structure is patterned ITO substrate/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al. The topmost electrode, LiF/Al, was deposited by thermal evaporation. After depositing electrode, and the cell was annealed at $150^{\circ}C$ for 30 minutes. The measured ISC, VOC, fill factor, and PCE were 2.95 A, 5.86 V, 0.32, and 0.78%, respectively. PCE was quite low but the large active area could be obtained successfully.

티타늄알콕싸이드를 이용한 티타니아 입자 제조 및 $200-240^{\circ}C$ 정도의 수열처리에 의해 티타니아 입자의 물성을 제어하였고, 이를 이용하여 염료감응형 태양전지를 제조하여 티타니아 입자의 물성에 따른 태양전지 성능변화를 고찰하였다. 얻어진 티타니아 입자의 경우 수열처리 온도가 낮을수록 입자크기는 작았고 첨가되는 산농도에 따라 결정상의 제어가 가능하였다. 또한 태양전지 제조 시 입자 크기는 어느 정도 이상이 되어야 고효율 태양전지 제조에 적합하였고, 변환 효율은 9% 이상이었다.

고순도 금속규소는 반도체, 태양전지 및 규소화 화합물 등의 원료로 사용되어왔으며, 최근 태양전지 시장 확대로 인해 고순도 금속규소의 수요가 증가하고 있다. 그러나 전량 수입 중인 고순도 금속규소의 수급 안정성과 품질 균일성 등이 문제가 되고 있어, 고순도 생산 공정 및 생산 에너지를 절감 공정에 관한 연구 개발이 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 금속규소의 원료인 규석(SiO2)과 카본(C)의 환원반응을 온도와 압력별로 살펴보고, 평형 상태의 금속규소수율 조건을 알아보았다. 그리고 아크로 내부 위치에 따른 산화/환원 반응식을 고찰하여 주요 반응식의 깁스 자유 에너지를 비교 분석 하였다. 본 해석을 통한 실험용 아크로 제작과 기초실험을 통해 금속 규소 생산 수율 및 순도를 평가하였으며, 생산된 실리콘의 최대 순도는 약 99.8%로 측정되었다.

CBD 방법은 저비용으로 양질의 CdS 박막을 얻을 수 있는 증착 방법으로, 고효율의 CdS/CdTe 태양전지를 얻기에도 적당하다. 투명전도 산화막(Transparent Conducting Oxide - TCO)이 입혀진 유리 기판 위에 CBD 방식으로 형성된 CdS 박막은 추후 CdTe 박막형성을 위해 근접승화법(Close Spaced Sublimation - CSS) 장치에 기판으로 사용된다. 또한 추후 열처리공정을 겪게 되는데, 이때 고온 상태에 높여지기 때문에 CdS 박막의 물성에 변화를 나타나게 된다. 이를 XRD, Raman spectrometer, SEM, EDS, 등의 분석 장치를 이용하여 특성 변화를 분석 하고자 한다.

본 연구는 1.3 MW급 태양광 발전소에서 기온 및 일사량에 따른 발전성능이 유지 보수 및 사후관리에 따라 성능이 향상될 수 있음을 실측자료를 통해 입증하는데 목적이 있다. 실측자료는 2008년 5월 전북 부안에 설치된 태양광 발전소에서 측정된 기온 및 일사량에 따른 발전량을 이용하였으며, 측정기간은 2009년 1월~2009년 12월까지 1년간 모니터링을 한 데이터를 기반으로 분석하였고, 발전소 성능 지표인 PR(Performance Ratio)을 계산하여 자료로 활용하였다. 또한, 실측자료는 PVSYST를 이용하여 실측자료와 동일한 조건에서 예측된 시뮬레이션 발전량 및 PR값과 비교 분석하였다. 실측자료와 해석결과의 비교에서 월단위로 측정된 실측 발전량과 예측 발전량은 유사한 경향을 나타냈으며, 실측 발전량은 예측 발전량 대비 약 5% 낮게 나타났다. 또한, 실측 PR값은 예측 PR값보다 약 4.97% 높게 나타났는데, 이는 해석을 위해 적용되는 일사량(기상청)과 실측 일사량이 다르고, Team Function 방식으로 구동되는 인버터와 시뮬레이션에서의 인버터 구동방식의 차이 때문인 것으로 판단된다. 한편, 일조량의 증가에 따른 1.3MW급 태양광 발전소의 발전량은 비례적으로 증가하는 경향을 나타냈으며, 7월의 경우 기후특성으로 인하여 국부적으로 감소하는 특성을 나타낸다.

CIS(CuInSe2)계 화합물 태양전지는 높은 광흡수계수와 열적 안정성으로 고효율의 태양전지 제조가 가능하여 화합물 태양전지용 광흡수층으로서 매우 이상적이다. 또한 In 일부를 Ga으로 치환하여 밴드갭을 조절할 수 있는 장점이 있다. 미국 NREL에서는 Co-evaporation 방법을 이용해 20%의 에너지 변환 효율을 달성하였다고 보고된바가 있다. 본 연구에서는 미국의 NREL과 같은 3 stage 방식을 이용하여 광흡수층을 제조하고자 한다. 본 실험에서는 Se 증기압을 각각 $200^{\circ}C$, $230^{\circ}C$, $240^{\circ}C$, $245^{\circ}C$로 달리 하며 실험을 실시하였다. 이때 1st stage의 시간은 15분으로 고정하였으며 기판온도는 약 $250^{\circ}C$로 고정 하였다. 2nd stage는 실시간 온도 감지 장치를 이용하여 Cu와 In+Ga의 조성비가 1:1이 되는 시간을 기준으로 Cu의 조성을 30%더 높게 조절하였으며 기판 온도는 약 $520^{\circ}C$로 고정 후 실험을 실시하였다. 3rd stage의 경우 Cu poor 조성으로 조절하기 위해 모든 조건을 10분으로 고정 후 실험을 실시하였다. 각각의 Se 증기압에 따른 물리적, 전기적 특성을 알아보기 위해 FE-SEM, EDS, XRD 분석을 실시하였다. 본 연구에서 기판은 Na이 첨가되어있는 soda-lime glass를 사용 하였으며 후면 전극으로 약60nm 두께의 Mo를 DC Sputtering 방법을 이용해 증착 하였다.

Thin film a-Si solar cells deposited by PECVD have many advantages compared to the traditional crystalline Si solar cells. They do not require expensive Si wafer, the process temperature is relatively low, possibility of scaling up for mass production, etc. In order to produce thin film solar cells, understanding the relationship between the material characteristics and deposition conditions is important. It has been reported by many groups that the band gap of the a-Si material and the deposition rate has an linear relationship, when RF power is used to control both. However, when the process pressure is changed in order to control the deposition rate and the band gap, a diversion from the well known linear relationship occurs. Here, we explain this diversion by the deposition condition crossing different plasma regions in the Paschen curve with a simple model. This model will become a guide to which condition a-Si thin films must be fabricated in order to get a high quality film.

Nowadays, the crystalline Si Solar cell are expected for economical renewable energy source. The cost of the crystalline Si solar cell are decreasing by improvement of its efficiency and decrease of the cost of the raw Si wafers for Solar cells. This Si wafer based crystalline Si solar cell is the verified technology from several decade of its history. Now, I will introduce one method that can be upgrade the efficiency by using simple and economical method. The name of this method is Rear Side Etching(RSE). The purpose of rear side etching is the elimination of n+ layer of rear side and increase of the flatness. The effects of rear side etching are the improvement of Voc and increase of efficiency by reducement series resistance and forming of uniform BSF. The experimental procedure for rear side etching is very simple. After anti-reflection coating on solar cell wafer, Solar cell wafer is etched by the etching chemical that react with only rear side not front side. This special chemical is no harmful to anti-reflection coating layer. It can only etched rear side of solar cell wafer. We can use etching image by optical microscope, minority carrier life time by WCT 120, SiNx thickness and refractive index by ellipsometer, cell efficiency for the RSE effect measurement. The key point of rear side etching is development of etching process condition that react with only rear side. If we can control this factor, we can achieve increase of solar cell efficiency very economically without new device.

태양광 시장은 세계적인 금융 위기 속에서도 점점 그 규모가 확대되고 있다. 시장의 규모가 확대되고 있음에도 불구하고 금융 위기를 겪으면서 생산자 중심의 시장에서 수요자 중심의 시장으로 바뀌게 되었다. 이에 따라 더 적은 비용으로 높은 출력의 제품만이 경쟁력을 가지게 됨으로써 효율이 더욱 이슈화되었다. 여러 태양전지 중 가장 점유율이 높은 결정질 태양전지는 일반적인 양산 공정만으로 효율을 높이는데 한계가 있으므로 selective emitter, back contact, light induced plating 등의 새로운 공정을 도입하여 효율을 높이려는 경향이 나타나고 있다. 본 연구에서는, ALD 장치를 사용하여 결정질 태양전지의 후면을 passivation 함으로써 효율을 높이는 방법을 모색하였다. 부동화 층으로는 $Al_2O_3$를 사용하였으며 셀을 제조하여 평가하였다. 실험방법은 p-type의 웨이퍼를 이용하여 습식으로 texturing 후 $POCl_3$ 용액으로 p-n junction을 형성하였고 anti-reflection 막인 SiNx는 PECVD를 사용하여 R.I 2.05, 80nm 두께로 증착하였다. 그런 다음 후면의 n+ layer를 제거하기 위하여 SiNx에 영향을 미치지 않는 용액을 사용하여 후면을 식각하였다. BSF 층은 screen printer로 Al paste를 printing하여 형성하였고 Al etching용액으로 여분의 Al제거한 후 ALD 장치를 이용하여 $Al_2O_3$를 증착하였다. 마지막으로 전극을 형성한 후 laser로 isolation하여 효율을 평가하였다.

Polymer solar cells (PSCs) have attracted considerable academic and commercial interest because of their unique advantages, such as the facile manufacture of low cost, flexibility, lightweight, and solution processibility. Recently, high-performance polymer solar cells made from a mixture of poly(2,7-carbazole) derivatives, PCDTBT, and [6,6]-phenyl C71 butyric acid methyl ester (PC70BM) have been reported, with maximum power conversion efficiency of 6.1%. In this work, we report new novel copolymers based on poly(2,7-carbazole) derivatives with a suite of electron-deficient moieties or electron-rich units. We systematically investigated the synthesis, thermal stability, as well as the optical and electrochemical properties of these polymers. Detailed synthetic scheme, optical, electrochemical, and photovoltaic properties of the copolymers will be presented.

단결정 실리콘 태양전지 공정에서 이방성 습식 식각 용액을 이용하여 기판 표면에 피라미드 구조를 형성하는 것을 텍스쳐링이라고 한다. 실리콘 기판의 표면을 식각하여 요철구조를 만들어줌으로써 셀 내부로 입사되는 광량을 증가시켜 태양전지의 단락 전류 및 효율 향상 효과를 얻을 수 있다. 일반적인 태양전지 공정에서는 요철구조를 형성할 시 따로 마스크를 사용하지 않으며, 태양전지 급 웨이퍼를 절삭손상층 식각 한 후, 강염기성 용액과 알코올의 혼합용액에 담가서 이방성 식각을 실시하여 요철 구조를 형성한다. 본 연구는 기존의 텍스쳐링 공정에서 사용되는 대표적인 용액인 수산화칼륨(potassium hydroxide, KOH)과 알코올의 혼합용액과 사메틸수산화암모늄(Tetramethylammonium Hydroxide, TMAH)과 알코올의 혼합용액에 Triton X-100 계면활성제를 각각 첨가하여 실험을 진행하였다. 식각된 태양전지용 실리콘 기판의 표면은 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)을 통하여 관찰하였고, 분광광도계(UV/VIS/NIR Spectrophotometer)로 반사도 값을 측정하여 기판의 특성을 평가하였다.

유리를 기판으로 하는 실리콘 박막태양전지의 경우 PIN 비정질 태양전지 뒤에 후면반사막으로 주로 Ga 또는 Al이 Doping된 후면반사막을 사용한다. 이 후면반사막의 경우 PIN층을 통과한 빛을 반사함으로써 빛의 효용성을 높이는 데 그 목적이 있다. 본 논문에서는 후면박사막으로 ZnO:Al을 사용하고 산소 부여량에 따른 투과도, 비저항 변화를 살펴보고 실제로 a-Si:H 박막태양전지를 제작하여 그 효과를 파악하였다. 이 때 산소 부여량이 많아질 경우 투과도는 높아지지만 비저항이 급격히 높아지는 문제가 있었으나 이 조건으로 a-Si:H 박막태양전지를 제작시에도 효율이 상승하였다.

Dye sensitized solar cells(DSSCs) have been extensively studied due to their various advantages such as low production cost, colorful design, and eco-friendly process. Long optical path length is one of the most effective method to improve light harvest efficiency for DSSCs. Multi-layered $TiO_2$ nano-structured film with scattering layer has been studied to generate scattering effect by many researchers. It was expected that the difference of refractive index between $TiO_2$ particles and glass frit would generate the light scattering effect and provide the long optical path length. Therefore, to enhance the scattering effect, the frits of $Bi_2O_3-B_2O_3$-ZnO glass system that has the different refractive index were added to $TiO_2$ pastes in this study. First of all, the absorbance and haze factor of $TiO_2$ electrode with dyes and the refractive index of glass frit and $TiO_2$ were measured, respectively. To study the effect of frits, the efficiencies of DSSCs added glass frit and without glass frit were compared. Our results showed slightly higher efficiency with the different absorbance and haze factor of $TiO_2$ and glass frit. It was considered that the light scattering effect would be improved with adding frits to $TiO_2$ paste. Our preliminary studies will be useful for increasing efficiency of DSSCs.

We studied the fabrication of polycrystalline silicon (pc-Si) films as seed layers for application of pc-Si thin film solar cells, in which amorphous silicon (a-Si) films in a structure of glass/Al/$Al_2O_3$/a-Si are crystallized by the aluminum-induced layer exchange (ALILE) process. The properties of pc-Si films formed by the ALILE process are strongly determined by the oxide layer as well as the various process parameters like annealing temperature, time, etc. In this study, the effects of the oxide film thickness on the crystallization of a-Si in the ALILE process, where the thickness of $Al_2O_3$ layer was varied from 4 to 50 nm. For preparation of the experimental film structure, aluminum (~300 nm thickness) and a-Si (~300 nm thickness) layers were deposited using DC sputtering and PECVD method, respectively, and $Al_2O_3$ layer with the various thicknesses by RF sputtering. The crystallization of a-Si was then carried out by the thermal annealing process using a furnace with the in-situ microscope. The characteristics of the produced pc-Si films were analyzed by optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM), Raman spectrometer, and X-ray diffractometer (XRD). As results, the crystallinity was exponentially decayed with the increase of $Al_2O_3$ thickness and the grain size showed the similar tendency. The maximum pc-Si grain size fabricated by ALILE process was about $45{\mu}m$ at the $Al_2O_3$ layer thickness of 4 nm. The preferential crystal orientation was <111> and more dominant with the thinner $Al_2O_3$ layer. In summary, we obtained a pc-Si film not only with ${\sim}45{\mu}m$ grain size but also with the crystallinity of about 75% at 4 nm $Al_2O_3$ layer thickness by ALILE process with the structure of a glass/Al/$Al_2O_3$/a-Si.

Furnace를 이용한 $POCl_3$ 확산 공정은 실리콘 태양전지 제작과정에서 일반적으로 이용되는 에미터 층 형성 공정이다. 하지만, 확산 공정을 통해 P-N Junction을 형성할 경우 전면과 후면의 contact현상이 발생하게 되고 이를 제거하기 위해 Edge isolation 공정을 거치게 된다. 최근에는 레이저로 V 모양의 홈을 형성하는 방법이 이용되고 있다. 본 연구에서는 p-type 실리콘 웨이퍼 기판에 insulating barrier를 형성하여 edge isolation 공정을 없앤 Non-edge isolation공정을 제시한다. Non p-type 실리콘 웨이퍼에 insulating barrier를 형성한다. Insulating barrier가 형성된 BOE용액과 KOH에서의 견딤성 실험을 진행 하였다. 이후, p-type 단결정 실리콘 태양전지의 확산 공정을 진행하여 Non edge isolation 공정을 진행한 경우와 laser를 이용한 edge isolation 공정을 진행한 태양전지를 제작하여 특성을 비교하였다.

질산 용액을 이용한 처리를 통해서 실리콘 웨이퍼 위에 누설 전류가 thermal oxidation 방법과 비슷한 수준의 얇은 실리콘 산화막을 형성할 수 있다. 이러한 처리 방법은 thermal oxidation에 비해서 낮은 온도에서 공정이 가능하다는 장점을 가진다. 이 때 질산 용액으로 68 wt% $HNO_3$을 쓰는데, 이 용액에만 넣었을 때에는 실리콘 산화막이 어느 정도 두께 이상은 성장하지 않는 단점이 있다. 그렇기 때문에 실리콘 웨이퍼를 68 wt% $HNO_3$에 넣기 전에 seed layer 산화막을 형성 시킨다. 본 연구에서는 p-type 웨이퍼를 phosphorus로 도핑해서 에미터를 형성 시킨 후에 seed layer를 형성 시키고 68 wt% $HNO_3$를 이용해서 에미터 위의 실리콘 산화막을 성장 시켰다. 이 때 보다 더 효과적인 seed layer를 형성 시키는 용액을 찾아서 실험하였다. 40 wt% $HNO_3$, $H_2SO_4-H_2O_2$, HCl-$H_2O_2$ 용액에 웨이퍼를 10분 동안 담그는 것을 통해서 seed layer를 형성하고, 이를 $121^{\circ}C$인 68 wt% $HNO_3$에 넣어서 실리콘 산화막을 성장시켰다. 이렇게 형성된 실리콘 산화막의 특성은 엘립소미터, I-V 측정 장치, QSSPC를 통해서 알아보았다.

반도체 나노 결정은 크기와 모양에 따라 다른 광학적 전기적 성질을 보이는 독특한 특성 때문에 태양전지, 발광 다이오드, 레이저, 바이오메디컬 레이블링 등에 응용될 수 있는 저가격의 차세대 광전기 재료의 개발을 위한 구조체로 각광받고 있다. 최근에는 하나의 나노 결정에 type-II band offset을 가지는 두 개의 물질을 결합한 이종접합 나노 결정체의 연구가 활발하게 진행되고 있는데, 이는 나노 결정 내에서 빛에 의해 생성된 전하들을 공간적으로 분리해 낼 수 있는 장점을 가지고 있기 때문에 태양전지나 광촉매로의 응용에 매우 유용하다. 우리는 나노 결정과 고분자 하이브리드 태양전지의 제작에 있어서 성분과 type-II 이종접합 반도체 나노 결정의 영향을 조사하기 위하여 CdSe, CdTe, type-II CdTe/CdSe tetrapod을 합성하였다. CdSe tetrapod과 P3HT의 블렌딩에 의해 만들어진 태양전지는 AM 1.5, 100mW/$cm^2$ 조건에서 1.03%의 가장 높은 변환 효율, 그리고 415nm에서 43%의 IPCE를 나타내었다. 그리고 CdTe/CdSe type-II tetrapod 이종접합과 P3HT 블렌딩으로 만들어진 태양전지는 CdTe를 이용하여 만든 태양전지에 비해 4.4배의 변환효율과 3.9배의 단락전류를 나타내었다.

스크린 프린팅을 이용한 태양전지에서 전극소성 시 알루미늄 후면 전극이 실리콘으로 확산되어 후면전계(Back Surface Field)를 형성한다. 후면전계 형성시 알루미늄과 후면전계 사이에 알루미늄-실리콘 합금이 형성된다. 이 알루미늄-실리콘 합금은 알루미늄 후면전극의 전기전도도 및 휨현상, bead 형성 등에 영향을 끼친다. 본 논문은 알루미늄 페이스트에 첨가된 Glass frit이 알루미늄-실리콘 합금 형성에 끼치는 영향을 관찰하였다. 분산제, 유기바인더, 알루미늄을 섞어 1개의 페이스트를 만들었고, Glass frit을 1%, 2%, 3%, 4%, 5% 씩 첨가하여 총 6개의 알루미늄 페이스트를 만들었다. 절삭손상이 제거된 실리콘 기판의 후면에 알루미늄 페이스트를 스크린 프린팅하여 전극을 소성하였다. 주사전자 현미경(SEM)을 사용하여 시편의 단면사진으로부터 Glass frit 함량에 따른 알루미늄-실리콘 합금층의 변화를 관찰하였다. Glass frit이 첨가되지 않은 페이스트는 소성 후 알루미늄-실리콘 합금이 두껍게 형성되었으나, Glass frit이 첨가된 페이스트는 소성 후 알루미늄-실리콘 합금이 얇게 형성되는 결과를 얻었다. 또한 Glass frit을 첨가함에 따라 표면의 원형 모양의 무늬가 작아지면서 3%부터는 사라지는 것을 확인할 수 있었다.

Recently, as much supplied with new-renewable energy, as much invested in PV system. PV system consists of PV module, PCS and Monitering system, and also could be classified into the type and the capacity by installation method and cost etc. When various systems are installed in the field, it is needed to research for applying in the field and establish infrastructure in order to ensure stable efficiency and reliability. In this study, as the basic design of the demonstration test facility, it is designed the basic PV systems for each capacity to test each PCS. In addition, It is drew the climatic conditions such as insolation, temperature and the design parameters such as installation angle, shades for the local demonstration project and expected the generation of each PV system.

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)박막태양전지는 간단한구조와 가격경쟁력 및 고효율화 가능성에 대한 기대감에 의해 많은 연구가 수행되어오고 있다. 특히 높은 흡수계수와 적절한 밴드갭, 큰 결정크기와 같은 물질의 특성들이 장점으로 작용하고 있기 때문이다. 또한 CIGS박막태양전지는 다른 태양전지에 비해 광열화가 적다는 장점도 가지고 있다. CIGS 박막은 CuInSe2내의 In 사이트에 Ga을 도핑함으로서 형성이 되는데 그때의 밴드갭은 약 1.4eV이며 이를 형성하기 위해 많은 방법들이 제안되고 있는데, CIGS박막 형성 시 가장 중요시 여겨야 될 인자는 구성원소로부터 최적화된 조성비를 찾는 것이다. 이러한 관점에서 볼때 evaporation법이나 sputtering법같은 진공방식의 공정법이 비진공방식에 비해 최적의 조성비를 찾는 것이 수월할 것으로 생각된다. selenization을 하기전에, 동시증착이나 다층박막형성을 통해 Cu-In-Se의 조합이 일반적으로 이루어진다. 어떤방법이든 Se의 부가적인 공급이 이루어지는데 시작 전구체의 조합에서 그 해법을 제시하는 것에 대한 논의가 많이 부족한 현실로서, CuInSe2의 단일전구체에 의한 박막형성과 특성평가에 대해 구체적인 논의가 필요하다. 본 실험에서는 Cu-In-Se 전구체를 CuInSe2 단일 타겟에서부터 RF 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 박막증착을 하여 Se의 Rapid Thermal Process(RTA)법을 통해 Se이 순차적으로 공급되었다. 이때 형성되는 박막의 태양전지 흡수층 적용을 위한 광학적, 전기적 및 구조적에 대한 논의된다. Soda lime glass(SLG)와 Corning 1737 유리를 기판으로 하여 아세톤-에탄올을 이용, 초음파세척을 실시하였다. 스퍼터 공정을 하기전에 흡착된 물분자를 제거하기 위하여 약 30분간 $120^{\circ}C$로 열을 가해주었으며, 공정을 위한 총 아르곤 가스의 양은 약 50sccm이며 이때의 공정압력은 20mtorr로 고정하였다. 우선 RF power와 기판온도에 따른 단일전구체 형성을 관찰하기 위하여 각각 30~80W, RT~$400^{\circ}C$로 변화를 주어 박막을 형성한 후 모든 sample에 대하여 $500^{\circ}C$분위기에 effusion cell을 이용하여 Se 분위기에서 결정화를 실시하였다. 샘플의 두께는 Surface profiler로 측정하였고 단면은 전자주사현미경으로 관찰되었다. 동시에 SEM이미지를 통하여 morphology와 grain size 및 EDX를 통하여 조성분석을 하였다. 밴드갭, 투과율 및 흡수계수는 UV-VIS-NIR분광분석법을 통하여 수행되었으며, 전기적 특성분석을 위해 4-point-probe와 Hall effect측정을 수행하였다. 공정변수에 따른 단일타겟으로 얻어 결정화된 CuInSe2박막의 자세한 결과와 논의에 대하여 발표한다.

수소화된 비정질 실리콘 박막을 이용한 반도체는 현재 태양전지, 트랜지스터, 매트릭스 배열 및 이미지 센서 등의 분야에서 이용되고 있다. 자세히 이야기 하면, 여러 가지의 광전효과 물질에 대한 특성이 있으며, 가시광선영역에 대하여 > $10^5cm^{-1}$이상의 매우 높은 광흡수계수와 낮은 온도를 갖는 증착공정 등이 있다. 박막의 밴드갭은 약 1.6~1.8eV로서 태양전지의 흡수층과 passivation층으로 적절하다. 여러 가지 종류의 태양전지 중 비정질 실리콘 박막/결정질 실리콘 기판의 구조로 이루어진 이종접합 태양전지는 저온에서 공정이 가능한 대표적인 것으로서 HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin layer)구조로 산요사에 의해 제안된 것이다. 이것은 결정질 실리콘 기판과 도핑된 비정질 실리콘 박막사이에 얇은 진성층 비정질실리콘 박막을 삽입함으로서, 캐리어 전송을 좋게하여 실리콘 기판 표면의 passivation효과를 증대시키는 결과를 가지고 온다. 실험실 규모에서는 약 20%이상의 효율을 보이고 있으며, 모듈에서는 19.5%의 높은 효율을 보이고 있어 실리콘 기판을 이용한 고효율 태양전지로서 각광을 받고 있다. 이러한 이종접합 태양전지의 대부분은 단결정 실리콘을 사용하고 있는데, 점차적으로 다결정 실리콘 기판으로 추세가 바뀌고 있어, 여기에 맞는 표면 passivation 공정 및 분석이 필요하다. 본 발표에서는 다결정 실리콘 기판위에 진성층 비정질 실리콘 박막을 유도결합 플라즈마 화학기상 증착법(ICP-CVD)을 이용하여 제조하여 passivation 효과를 분석한다. 일반적으로 ICP는 CCP(coupled charged plasma)에 비해 약 100배 이상 높은 플라즈마 밀도를 가지고 있으며, 이온 충돌같은 표면으로 작용하는 것들이 기존 방식에 비해서 작다라는 장점이 있다. 먼저, 유리기판을 사용하여 ICP-CVD 챔버내에 이송 한 후 플라즈마 파워, 온도 및 가스비(SiH4/H2)에 따른 진성층 비정질 실리콘 박막을 증착 한 후, 밴드갭, 전도도 및 결합구조 등에 대한 결과를 분석한 후, 최적의 값을 가지고 250um의 두께를 갖는 다결정 실리콘을 기판위에 증착을 한다. 두께(1~20nm)에 따라 표면의 passivation이 되는 정도를 QSSPCD(Quasi steady state Photoconductive Decay)법에 의하여 소수캐리어의 이동거리, 재결합율 및 수명 등에 대한 측정 및 분석을 통하여 다결정 실리콘 기판의 passivation effect를 확인한다. 제시된 데이터를 바탕으로 향후 다결정 HIT셀 제조를 통해 태양전지 효율에 대한 특성을 비교하고자 한다.

태양광발전설비 설치수요는 기후변화협약과 교토의정서를 비준하고 온실가스를 지속적으로 저감하고자 정부를 중심으로 적극 추진하고 있으며, 정책적인 지원책으로 2011년까지 1차에너지 소비량의 5%를 신 재생에너지로 보급하고자 발전차액지원제도를 도입하였다. 제1차 국가에너지 기본계획을 수립하면서 향후 2030년까지 신재생 에너지의 비중을 현행 2.4%에서 11%까지 확대하였으며, 최근 지원제도의 변경에 따라 금년 2009년 말까지 계통에 연계시키고자 많은 태양광 발전소를 시설하였다. 본 논문에서는 태양광발전설비에 대한 적기적안전성 평가기법 및 현장에서 안전성을 확보방안을 알아 보았다. 현장에서 전기설비기술기준상의 문제점을 검토하였으며, 전기안전성 평가기법을 제안하고자 한다.

Hydrogenated a-SiGe middle cell for triple junction solar cell was investigated with various process parameters. a-SiGe I-layer was deposited at substrate temperature $245^{\circ}C$ and hydrogen content(R) was up to 26.7. Low optical bandgap(1.45eV) of a-SiGe cell was applied for middle cell although a-SiGe single cell efficiency with low Ge content was higher. And this cell was applied to the middle cell of a glass superstrate type a-Si/a-SiGe/uc-Si triple junction solar cell. The triple junction solar cell was resulted in the initial efficiency of about 9%, area $0.25cm^2$, under global AM 1.5 illumination.

최근, 원유 가격의 상승으로 인해 태양에너지에 대한 관심이 크게 증가되고 있다. 그러나 이러한 태양전지용 Si(SoG-Si)의 대부분을 차지하는 태양전지급 다결정 실리콘 원료를 대부분 수입에 의존하고 있는 실정이다. 이에 대한 기술적 대응으로서 최근에는 고비용의 기상법을 해결하기 위하여 야금학적인 정련법을 이용한 제조기술 개발이 세계적으로 주목받고 있으며, 야금학적 정련기술은 지적재산권에 관한 기술적 배타성을 제고 할 수 있을 뿐 만 아니라 기상법의 Si 대비 낮은 품위 에도 불구하고 태양전지용 실리콘의 사용가능성을 제시함으로서 활발한 연구와 함께 실용화기술로 대두되고 있다. 그러므로 본 연구는 기존 사용 중인 고가의 기상법 폴리실리콘 제조와 달리, 생산 가격경쟁력이 있는 규석광으로부터 고순도금속 및 태양전지급 폴리실리콘 생산 연속 종전기술을 개발하고자 하였다. 금속급 Si(이하 MG-Si)으로부터 경제적인 SoG-Si을 제조하기 위한 공정 개발을 일환으로 MG-Si 중 불순물인 P 원소를 효과적으로 정련할 수 있는 슬래그 정련기술 개발과 슬래그설계 기술개발을 기본목표로 설정하여 고찰하였다. 용융 Silicon과 슬래그계면에 설정되는 산소분압제어에 따른 슬래그의 P의 이온 안정성을 변화시킴으로서, MG-Si중 P를 분리제거를 기본개념으로 설정하였다. 염기성 산화물로 산소이온이 공급됨을 이용하여 염기도에 따른 분배비를 고찰한 결과, CaO의 활동도가 증가함에 따라 슬래그 중 $O^{2-}$의 활동도와 함께 phosphide 이온의 안정성이 증가함을 확인하였다. 그리고 슬래그로부터 실리콘 중 Ca의 용해도에 따른 분배비를 확인하기 위해 실험 후 Si에서 Ca의 성분을 분석한 결과, 실리콘 중 Ca 용해도는 염기도($a_{CaO}/\sqrt{a_{SiO_2}}$)의 증가와 함께 증가하였으며, Ca의 용해도 증가는 탈린능을 증가시킨다는 것을 알 수 있었다. 또한 수소분압을 변화시켜 인의 증기압변화 및 기화정련 효과를 알 수 있었으며, acid leaching을 통해 잔존해있는 불순물을 추가적으로 정련될 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.

Currently, new and renewable energy come into the spotlight, such as solar energy, wind power, fuel cell, hybrid car etc., due to the energy resource is being depleted. Especially, in order to solve like this problem, the study of solar cell manufacturing systems are being extensively researched such as vacuum process. But the major fault of the vacuum process are its expensive production price. On the order hand, Roll-to-roll printing system, the new technology of solar cell manufacturing, has low production price compare with the vacuum process. Also roll-to-roll printing system can decrease the 95% of waste water and 99.9% of harmful gasses than the vacuum process. So we addressed the roll to roll printing system for the flexible solar cell by using printing technology. This roll-to-roll printing system is comprised of various modules, such as web handling module, fine pattern printing module, dry/curing module, uniform coating module and laminating module etc.

PEMS (printed electro-mechanical system) is fabricated by means of various printing technologies. Passive and active components in 2D or 3D such as conducting lines, resistors, capacitors, inductors and TFT, which are printed with functional materials, can be classified in this category. And the issue of PEMS is applied to a R2R process in the manufacturing process. In many electro-devices, the vacuum process is used as the manufacturing process. However, the vacuum process has a problem: it is difficult to apply toa continuous process as a R2R printing process. In this paper, we propose an ESD (electro static deposition) printing process has been used to apply an organic solar cell of thin film forming. ESD is a method of liquid atomization by electrical forces, anelectrostatic atomizer sprays micro-drops from the solution injected into the capillary, with electrostatic force generated by electric potential of about tens of kV. ESD method is usable in the thin film coating process of organic materials and continuous process as a R2R manufacturing process. Therefore, we experiment the thin films forming of PEDOT:PSS layer and Active layer which consist of the P3HT:PCBM. The result of experiment, organic solar cell using ESD thin film coated method is occurred efficiency of about 1.4%. Also, the case of only used to ESD method in the active layer coating is occurred efficiency of about 1.86% as the applying a spin coating in the PEDOT:PSS layer. We can expect that ESD method is possible for continuous process to manufacture in the organic solar cell or OLED device.

$Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) thin film solar cell is currently 19.5% higher efficiency and developing a large area technology. The structure of CIGS solar cell that make five unit layers as back contact, light absorption, buffer, front transparent conducting electrode and antireflection to make them sequentially forming. Materials and various compositions of thin film unit which also manufacture a variety method used by the physical and chemical method for CIGS solar cell. The construction and performance test of evaporator for CIGS thin film solar cell has been done. The vapor pressures were changed by using vapor flux meter. The vapor pressure were copper (Cu) $2.1{\times}10^{-7}{\sim}3.0{\times}10^{-7}$ Torr, indium (In) $8.0{\times}10^{-7}{\sim}9.0{\times}10^{-7}$ Torr, gallium (Ga) $1.4{\times}10^{-7}{\sim}2.8{\times}10^{-7}$ Torr, and selenium (Se) $2.1{\times}10^{-6}{\sim}3.2{\times}10^{-6}$ Torr, respectively. The characteristics of the CIGS thin film was investigated by using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy/energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS) and photoluminescence (PL) spectroscopy using a He-Ne laser. In PL spectrum, temperature dependencies of PL spectra were measured at 1137 nm wavelength.

$Cu_2ZnSnSe_4$ (CZTSe) is one of candidate to alternate $Cu(In,Ga)Se_2$ as solar absorber material for solar cell. The expensive elements of In and Ga are replaced by Zn and Sn, respectively to lower the material cost. In this study we fabricated CZTSe thin film by selenization of single precursor layer consisted metallic constituent. Precursor compositions ratio were selected to have Cu-poor and Zn-rich content and prepared by RF magnetron sputtering. Thermal processing was applied to introduce selenium into as-deposited films at temperatures ranging from 350 to 500 for time up to 120 minutes. Single precursor films showed amorphous structure and consist of individual elements of Cu, Zn, and Sn. It was confirmed by XRD analysis that synthesis of CZTSe compound is occurred from lower temperature process, although concurrently additional phases such as binary cooper selenides are also existed. The quality of CZTSe crystal was improved as temperature increased. We also investigated the optical and electrical properties of as-selenized CZTSe as well.

Cu2ZnSnSe4는 CIS 태양전지의 In 대체 물질계로 주목을 받고 있는 저가형 태양전지 재료로 장차 차세대 태양전지 재료로 응용이 기대되고 있다. 그러나 에너지 밴드갭이 0.9~1.1eV로 다소 낮아 태양전지 광흡수층 재료로 사용하기 위해서는 wide band gab화 처리가 필요하다. 본 연구에서는 CZTSe에 S를 첨가하여 에너지 밴드갭을 확장하고자 하며, S의 첨가가 CZTSe 박막의 특성에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 실험의 편의성을 도모하고자 펄스레이저 법을 사용하여 증착하였다. 박막 조성 제어에는 Cu, Zn, Sn, Se, S 분말을 볼밀로 분쇄, 혼합하여 균질 혼합상 프리커서를 제조하고 이를 Cold Isostatic Press(CIP) 성형하여 Source target을 사용하였다. Pulsed YAG-Laser를 사용하여 soda lime glass상에 증착하고 조성, 구조, 조직을 관찰하고 에너지 밴드갭, 광흡수계수, 면저항, 전하밀도 등 특성을 조사하였다.

태양광발전 시스템에 있어 일사량의 높고 낮음은 경제성 평가를 결정하는 주요인자로 작용하며 일사량은 지역적, 지형적 환경 조건의 차이에 따라 달리 나타난다. 본 연구에서는 주암 저수지 수면에 설치된 수면태양광 일사량 계측자료와 지상에서의 주암댐 관리단 옥상에 설치된 일사량 계측자료를 비교하여 분석한 결과 수면태양광의 일사량이 지상에서의 일사량 보다 약간 상회하는 패턴을 보이며 풍속, 기온 등 기타 데이터 분석 시 수면이 태양광발전에 있어 지상보다 더 유리하다는 점을 검증 할 수 있었다. 또한 취득한 데이터를 가지고 경제성 분석 프로그램을 사용하여 분석한 결과 지상보다 수면태양광이 더 경제성 있다는 결과를 얻을 수 있었다.

Organic dyes, because of their many advantages, such as high molar extinction coefficients, convenience of customized molecular design for desired photophysical and photochemical properties, inexpensiveness with no transition metals contained, and environment-friendliness, are suitable as photosensitizers for the Dye-sensitized Solar Cell (DSSC). The efficiency of DSSC based on metal-free organic dyes is known to be much lower than that of Ru dyes generally, but a high solar energy-to-electricity conversion efficiency of up to 8% in full sunlight has been achieved by Ito et al. using an indoline dye. This result suggests that smartly designed and synthesized metal-free organic dyes are also highly competitive candidates for photosensitizers of DSSCs with their advantages mentioned above. Recently, the performance of DSSC based on metal-free organic dyes has been remarkably improved by several groups. We had reported the novel organic dye with double electron acceptor chromophore, which was a new strategy to design an efficient photosensitizer for DSSC. To verify the strategy, we synthesized organic dyes whose geometries, electronic structures and optical properties were derived from preceding density functional theory (DFT) and time-dependent density functional theory (TD-DFT) calculations. In this paper, we successfully synthesized the chromophore containing multi-acceptor push-pull system from triphenylamine with thiophene moieties as a bridge unit. Organic dyes with a single electron acceptor and double acceptor system were also synthesized for comparison purposes. The photovoltaic performances of these dyes were compared, and the recombination dark current curves and the incident photon-to-current (IPCE) efficiencies were also measured in order to characterize the effects of the multi-anchoring groups on the open-circuit voltage and the short-circuit current. In order to match specifications required for practical applications to be implemented outdoors, light soaking and thermal stability tests of these DSSCs, performed under $100mWcm^{-2}$ and $60^{\circ}C$ for 1000h.

Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have attracted considerable attention on account of their high solar energy-to-conversion efficiencies and low cost processes compared to conventional p-n junction solar cells. The mechanism of DSSC is based on the injection of electrons from the photo excited dyes into the conduction band of the semiconductor electrode. The oxidized dye is reduced by the hole injection into either the hole conductor or the electrolyte. Thus, the light harvesting effect of dye plays an important role in capturing the photons and generating the electron/hole pair, as well as transferring them to the interface of the semiconductor and the electrolyte, respectively. We used the organic fluorescence materials which can absorb short wavelength light and emit longer wavelength region where dye sensitize effectively. In this work, the DSSCs were fabricated with fluorescence materials added $TiO_2$ photo-electrode which were sensitized with metal-free organic dyes. The photovoltaic performances of fluorescence aided DSSCs were compared, and the recombination dark current curves and the incident photon-to-current (IPCE) efficiencies were measured in order to characterize the effects of the additional light harvesting effect in DSSC. Electro-optical measurements were also used to optimize the fluorescence material contents on TiO2 photo-electrode surface for higher conversion efficiency (${\eta}$), fill factor (FF), open-circuit voltage (VOC) and short-circuit current (ISC). The enhanced light harvesting effect by the judicious choice/design of the fluorescence materials and sensitizing dyes permits the enhancement of photovoltaic performance of DSSC.

Since Gratzel and co-workers developed a new type of solar cell based on the nanocrystalline $TiO_2$ electrode, dye-sensitized solar cells (DSSCs) have attracted considerable attention on account of their high solar energy-to-conversion efficiencies (11%), their easy manufacturing process with low cost production compared to conventional p-n junction solar cells. The mechanism of DSSC is based on the injection of electrons from the photoexcited dye into the conduction band of nanocrystalline $TiO_2$. The oxidized dye is reduced by the hole injection process from either the hole counter or electrolyte. Thus, the electronic structures, such as HOMO, LUMO, and HOMO-LUMO gap, of dye molecule in DSSC are deeply related to the electron transfer by photoexcitation and redox potential. To date, high performance and good stability of DSSC based on Ru-dyes as a photosensitizer had been widely addressed in the literatures. DSSC with Ru-bipyridyl complexes (N3 and N719), and the black ruthenium dye have achieved power conversion efficiencies up to 11.2% and 10.4%, respectively. However, the Ru-dyes are facing the problem of manufacturing costs and environmental issues. In order to obtain even cheaper photosensitizers for DSSC, metal-free organic photosensitizers are strongly desired. Metal-free organic dyes offer superior molar extinction coefficients, low cost, and a diversity of molecular structures, compared to conventional Ru-dyes. Recently, novel photosensitizers such as coumarin, merocyanine, cyanine, indoline, hemicyanine, triphenylamine, dialkylaniline, bis(dimethylfluorenyl)-aminophenyl, phenothiazine, tetrahydroquinoline, and carbazole based dyes have achieved solar-to-electrical power conversion efficiencies up to 5-9%. On the other hand, organic dye molecules have large ${\pi}$-conjugated planner structures which would bring out strong molecular stacking in their solid-state and poor solubility in their media. It was well known that the molecular stacking of organic dyes could reduce the electron transfer pathway in opto-electronic devices, significantly. In this paper, we have studied on synthesis and characterization of dendritic organic dyes with different number of electron acceptor/anchoring moieties in the end of dendrimer. The photovoltaic performances and the incident photon-to-current (IPCE) of these dyes were measured to evaluate the effects of the dendritic strucuture on the open-circuit voltage and the short-circuit current.

The dye-sensitized solar cell (DSSC) is a device for the conversion of visible light into electricity, based on the sensitization of wide bandgap semiconductors. The performance of the cell mainly depends on a dye used as sensitizer. The absorption spectrum of the dye and the anchorage of the dye to the surface of $TiO_2$ are important parameters determining the efficiency of the cell. Generally, transition metal coordination compounds(ruthenium polypyridyl complexes) are used as the effective sensitizers, due to their intense charge-transfer absorption in the whole visible range and highly efficient metal-to ligand charge transfer. However, ruthenium polypyridyl complexes contain a heavy metal, which is undesirable from point of view of the environmental aspects. Moreover, the process to synthesize the complexes is complicated and costly. Alternatively, organic dyes can be used for the same purpose with an acceptable efficiency. The advantages of organic dyes include their availability and low cost. We designed and synthesized a series of organic sensitizers containing long wavelength absorption-chromophores for the dye sensitized solar cell. The DSSC composed of Blue-chromophores for the sensitization absorbed long wavelength region which is different also applied into the dye-cocktail (mixing) system. The photovoltaic property of DSSCs organic long wavelength absorption-chromophores were measured and evaluated by comparison with that of individual chromophores.

Due to the rapidly diminishing energy sources and higher energy production cost, the interest in dye-sensitized solar cells (DSSCs) has been increasing dramatically in recent years. A typical DSSC is constructed of wide band gap semiconductor electrode such as $TiO_2$ or ZnO that are anchored by light-harvesting sensitizer dyes and surrounded by a liquid electrolyte with a iodide ion/triiodide ion redox couple. DSSCs based on one-dimensional nano-structures, such as ZnO nanorods, have been recently attracting increasing attention due to their excellent electrical conductivity, high optical transmittance, diverse and abundant configurations, direct band gap, absence of toxicity, large exiton binding energy, etc. However, solar-to-electrical conversion performances of DSSCs composed of ZnO n-type photo electrode compared with that of $TiO_2$ are not satisfactory. An important reason for the low photovoltaic performance is the dissolution of $Zn^{2+}$ by the adsorption of acidic dye followed by the formation of agglomerates with dye molecules which could block the I-diffusion pathway into the dye molecule on the ZnO surface. In this paper, we prepared the DSSC with the ZnO electrode using the chemical bath deposition (CBD) method under low temperature condition (< $100^{\circ}C$). It was demonstrated that the ZnO seed layers played an important role on the formation of the ZnO nanostructures using CBD. To achieve truly low-temperature growth of the ZnO nanostructures on the substrates, a two-step method was developed and optimized in the present work. Firstly, ZnO seed layer was prepared on the FTO substrate through the spin-coating method. Secondly, the deposited ZnO seed substrate was immersed into an aqueous solution of 0.25M zinc nitrate hexahydrate and 0.25M hexamethylenetetramine at $90^{\circ}C$ for hydrothermal reaction several times.

The crystalline silicon solar cells have been optical losses. but it can be reduced using light trapping by texture structure and anti-reflection coating. The high reflective index of crystalline silicon at solar wavelengths(400nm~1000nm) creates large reflection losses that must be compensated for by applying anti-reflection coating. In this study, the use of porous silicon(PSi) as an active material in a solar cell to take advantage of light trapping and blue-harvesting photoluminescence effect. Porous silicon is form by anodization and can be obtained in an electrolyte with hydrofluoric. We expect our research can results approaching to lower than 10% of several reflectance by porous silicon solar cells.

There are some methods for increasing efficiency of crystalline silicon solar cells. Among them, It is important to reduce the recombination loss of surface for high efficiency. In order to reduce recombination loss is a way to use the BSF(Back Surface Field). The BSF on the back of the p-type wafer forms a p+layer. so, it is prevented to act electrons of the p-area for the rear recombination. As a result, the leakage current is reduced and the rear-contact has a good Ohmic contact. therefore, open-circuit-voltage and Fill factor(FF) of solar cells are increased. This paper investigates the formation of rear contact process comparing Aluminum-paste(Al-paste) with Aluminum-Metal(99.9%). It is shown that the Aluminum-Metal provides high conductivity and low contact resistance of $21.35m{\Omega}cm$ using the Vacuum evaporation process but, it is difficult to apply the standard industrial process because high Vacuum is needed and it costs a tremendous amount more than Al-paste. On the other hand, using the Al-paste process by screen printing is simple for formation of metal contact and it is possible to produce the standard industrial process. however, it is lower than Aluminum-Metal(99.9) of conductivity because of including mass glass frit. In this study, contact resistances were measured by 4-point prove. each of contact resistances is $21.35m{\Omega}cm$ of Aluminum-Metal and $0.69m{\Omega}cm$ of Al-paste. and then rear contact have been analyzed by Scanning Electron Microscopy(SEM).

The use of plated front contact for metallization of silicon solar cell may alternative technologies as a screen printed and silver paste contact. This technologies should allow the formation of contact with low contact resistivity a high line conductivity and also reduction of shading losses. The better performance of Ni/Cu contacts is attributed to the reduced series resistance due to better contact conductivity of Ni with Si and subsequent electroplating of Cu on Ni. The ability to pattern narrower grid lines for reduced light shading combined with the lower resistance of a metal silicide contact and improved conductivity of plated deposit. This improves the FF as the series resistance is deduced. This is very much required in the case of low concentrator solar cells in which the series resistance is one of the important and dominant parameter that affect the cell performance. A selective emitter structure with highly dopes regions underneath the metal contacts, is widely known to be one of the most promising high-efficiency solution in solar cell processing. This paper using selective emitter structure technique, fabricated Ni/Cu plating metallization cell with a cell efficiency of 17.19%.

본 기술개발은 기존 태양추적기의 구조를 크게 변화시킬 수 있는 무선망 활용 태양추적기 개발에 관한 내용이다. 기존의 태양추적기는 태양광어레이에 스탠드얼론 시스템으로 부착되어 태양추적 및 관련 제어기능을 수행한다. 그러나 본 무선망활용 태양추적기는 PC와 태양광어레이가 지그비 무선망으로 연결되는 구조이다. 무선망을 활용함으로서 기존 태양추적기 대비 제어모듈의 역할이 매우 단순화되어 장치의 강건함, 내구성 및 경제성이 증가되는 효과가 있다. 무선망을 활용함으로서 태양광에레이 측은 무선데이터 송수신 기능과 모터제어 부분만 구현되어도 되며 나머지 기능들은 PC에서 처리해서 무선으로 태양광에레이 모듈에게 전달된다. 또한 고가의 센서 등도 PC에만 구현되고 필요한 데이터는 PC에서 처리하고 계산해서 무선으로 태양광어레이에게 전달하는 구조이다. 그리고 태양추적을 위한 정밀한 자동제어 알고리즘도 PC에서는 충분히 구현할 수 있으며 이를 수행한 후 필요 데이터를 태양광어레이 모듈에게 무선으로 전달한다. 본 기술개발 내용에 대한 시제품이 완성단계에 있으며 필드테스트 수행을 준비하고 있다.

Selenium 물질은 지구상에 많은 양이 존재하고, 가격이 저렴하다. 그 성질은 분광감도가 시감도에 잘 일치하고, 광학적 특성이 뛰어나서 태양전지로 연구도 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 Se박막을 열저항증착방법을 이용하여 증착시, 기판온도를 변화를 시켜 그 구조적특성의 변화를 관찰하였다. $50^{\circ}C$에서 변화를 시작하여 $70^{\circ}C$, $100^{\circ}C$의 변화에서 각각 단사정계, 육방정계 결정구조가 나타났다. XRD 분석결과 $100^{\circ}C$에서 증착한 sample의 회절강도가 $70^{\circ}C$에서 증착한 sample보다 작은회절강도를 나타내었다. 추후 열처리공정등을 통하여 보완하면, CISe 박막 화합물 태양전지 연구에 큰 효과를 나타낼 수 있을 것으로 예상된다.

반사방지막은 태양전지 표면에서의 광 반사를 낮춰주며, Si wafer 표면에서의 carrier의 재결합을 줄이는 passivation 역할을 한다. 이를 위한 다양한 물질이 반사방지막으로 사용된다. 단일박막은 passivation 효과가 미미하여 최근 passivation 향상에 도움이 되는 이중구조 반사방지막이 널리 연구되어지고 있다. 하지만 물질이 다양해짐에 따라 공정시간 및 비용이 늘어나고, passivation에 최적화된 물질사용이 필수적으로 요구되는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 기존에 passivation 효과가 뛰어나다고 알려진 SiNx의 굴절률 가변을 통하여 이중구조를 갖는 박막을 반사방지막으로 이용하여 그 특성을 비교, 분석하였다. SiNx 이중반사방지막은 0.8 Torr~1 Torr의 압력에서 $450^{\circ}C$의 기판온도로 PECVD를 이용하여 증착되었으며 이때의 plasma power는 180mW/$cm^2$으로 고정 하였다. 굴절률 1.9 및 2.3을 갖는 가스 조성비를 이용하여 각 layer의 두께를 20/60nm, 30/50nm, 40/40nm로 가변하였다. 샘플 제작 후 Sun-Voc 측정을 통하여 implied Voc 및 효율을 측정하였다. 단일반사방지막을 사용한 샘플의 경우 608mV의 implied Voc가 측정되었으며, FF는 82.8%, 효율은 17.6%로 측정되었다. 가장 우수한 특성을 나타낸 20/60nm의 두께로 증착된 샘플의 경우 implied Voc는 625mV, FF는 84.1%, 효율은 18.3%로 우수한 결과를 나타내었다. 반사도 측정 결과 단일반사방지막은 2.27%로 높았으나 SiNx 이중구조를 이용한 반사방지막은 1.67%로 낮은 값을 확인 하여 이중구조의 반사방지막이 반사도 저감 및 passivation 효과 향상에 도움이 되는 것을 확인할 수 있었다.

Recently, printing and coating technologies application fields have been expanded to the energy field such as solar cell. One of the main reasons, why many researchers have been interested in printing technology as a manufacturing method, is the reduction of manufacturing cost. In this paper, We fabricated CIGS solar cell thin film layer by doctor blade methods using synthesis of CIS precursor nanoparticles ink on molybdenum (Mo) coated soda-lime glass substrate. Synthesis CIS precursor nanoparticles ink fabrication was mixed Cu, In, Se powder and Ethylenediamine, using microwave and centrifuging. Using multi coating process as we could easily fabrication a fine flatness CIS thin-film layer ($0.7{\sim}1.35{\mu}m$), and reduce a manufacture cost and process steps. Also if we use printing and coating method and solution process in each layer of CIGS solar cell (electrode, buffer), it is possible to fabricate all printed thin-film solar cell.

RF 마크네트론 스퍼트를 이용하여 유리 기판 위에 태양전지 투명전극용 Al 도핑된 ZnO(AZO)를 증착하였다. Si 박막 태양전지용 투명전극으로 사용될 AZO의 광학 및 구조적 특성을 향상시키기 위해서 증착온도 및 Ar 가스의 유량비를 조절하여 증착하였다. 상온에서 500도 범위 내에서 증착하였고, 10에서 40 sccm의 범위 내에서 Ar의 유량을 변화시켰다. 증착된 AZO의 광학적 특성은 UV-spectrometer를 이용하여 측정하였고, 구조적 특성은 XRD를 이용하여 측정하였다. 가스의 유량비에 따라 광학 및 구조적 특성의 의존성을 나타내고, 가스 유량비를 조절하여 태양전지용 투명전극의 광학 및 구조적 특성의 최적화를 이룰 수 있다.

Indium tin oxide (ITO) Thin films were grown on Non-alkarai glass Substrates by PVD method and Subsequently Subjected to ($100^{\circ}C-350^{\circ}C$) Thermal Annealing (TA) In Nitr Oxygen ambinent. Most of all, The effect of TA treatment on the structural properties were studied by using X-Ray diffraction and atomic force microscopy, while optical properties were studied by UV-Transmittance measurements. After TA treatment, the XRD spectra have shown an effective relaxation of the residual compressive stress, As a result, XRD peaks increase of the intensity and narrowing of full width at half-maximun (FWHM). In addtion The microstructure, The surface morphology, the optical transmittance changed and improved, and we investigated The effects of temperature, Time and atmosphere during the TA on the structural and electrical properties of the ITO/glass on TA at $300^{\circ}C$. As a results, the films are highly transparent (80%～89%) in visible region. AFM analysis shows that the films are very smooth with root mean square surface roughness 0.58nm -2.75nm thickness film. It is observed that resistivity of the films drcreases T0 $1.05{\times}10^{-4}{\Omega}cmt$ $6.06{\times}10^{-4}{\Omega}cm$, while mobility increases from $152cm^2/vs$ to $275cm^2/vs$.

Transparent conducting ZnO films were deposited to apply DSSC Substrate on glass substrates at $500^{\circ}C$ by ionbeam-assisted deposition. Crystallinity, microstructure, surface roughness, chemical composition, electrical and optical properties of the films were investigated as a function of deposition parameters such as ion energy, and substrate temperature. The microstructure of the polycrystalline ZnO films on the glass substrate were closely related to the oxygen ion energy, arrival ratio of oxygen to Zinc Ion bombarded on the growing surface. The main effect of energetic ion bombardment on the growing surface of the film may be divided into two categories; 1) the enhancement of adatom mobility at low energetic ion bombardment and 2) the surface damage by radiation damage at high energetic ion bombardment. The domain structure was obtained in the films deposited at 300 eV. With increasing the ion energy to 600 eV, the domain structure was changed into the grain structure. In case of the low energy ion bombardment of 300 eV, the microstructure of the film was changed from the grain structure to the domain structure with increasing arrival ratio. At the high energy ion bombardment of 600 eV, however, the only grain structure was observed. The electrical properties of the deposited films were significantly related to the change of microstructure. The films with the domain structure had larger carrier concentration and mobility than those with the grain structure, because the grain boundary scattering was reduced in the large size domains compared with the small size grains. The optical transmittance of ZnO films was dependent on a surface roughness. The ZnO films with small surface roughness, represented high transmittance in the visible range because of a decreased light surface scattering. By varying the ion energy and arrival ratio, the resistivity and optical transmittance of the films were varied from $1.1{\times}10^{-4}$ to $2.3{\times}10^{-2}{\Omega}cm$ and from 80 to 87%, respectively. The ZnO film deposited at 300 eV, and substrate temperature of $500^{\circ}C$ had the resistivity of $1.1{\times}10^{-4}{\Omega}cm$ and optical transmittance of 85% in visible range. As a result of experiments, we provides a suggestition that ZnO thin Films can be effectively used as the DSSC substrate Materials.

염료감응형 태양전지의 효율을 향상을 시키기 위하여, 이산화티타니아박막을 doctor-blade 방법으로 FTO 기판위에 15-16um 코팅을 한뒤, 다른 온도의 $400^{\circ}C-600^{\circ}C$ 범위에서, 소결을 하였다. 상대전극은 FTO 기판위에 5Ml의 Pt용액을 가지고, $450^{\circ}C$온도에서 제작을 하였다. 실험의 결과 이산화티타니아의 표면거칠기 및 입자사이즈의 소결의 형상에 따라 DSSC의 효율의 상관관계가 영향을 받았다. 표면의 형상은 AFM으로 측정을 하였으며, 표면의 단차가 RMS의 값이 7nm이하 일 때, 효율의 향상을 이루었다. 실험결과 $500^{\circ}C$ 이하일 때, 상대적으로 낮은 open circuit voltage를 이루었으며, 낮은 Fill-factor를 이루었다. $500^{\circ}C$이상의 온도에서는 상대적으로 높은 high circuit voltage와 높은 fill factor를 나타내었다. 실험결과 $500^{\circ}C$에서 소결된 전극을 가진 DSSC가 단락의 전압과 개방전류가 상호보완된 적정값을 가져 가장 개선된 FF와 Eff를 나타내었다. 이와 같은 특성은 이산화티타니아의 준위 모식도에서 설명이 될수 있고, 이산화티타니아의 최적의 necking 및 pore, 입자크기등이 제어될수 있음을 의미한다.

현재 태양광 시장에 진출한 대부분의 Si계열 태양전지는 복잡한 공정과 원재료 고갈, 높은 가격으로 인해 한계에 직면에 있는 상태이다. 최근 많은 연구소나 학교에서는 기존의 Si계열 태양전지를 대체할 대안으로 염료 감응형 태양전지에 대해서 높은 관심을 보이고 있으며, 그동안의 연구개발로 단위 셀 면적에서는 상용화에 근접한 효율을 확보한 상태이다. 염료 감응형 태양전지의 작동과정을 간단히 단계별로 살펴보면 나노 결정 산화물 반도체 표면에 흡착된 염료분자가 가시광선을 흡수하면 전자는 HOMO에서 LUMO로 천이하고 이 들뜬 상태의 전자는 다시 에너지 준위가 낮은 반도체 산화물의 전도띠로 주입된다. 주입된 전자는 나노 입자간 계면을 통하여 투명 전도성막으로 확산, 전달되고 산화된 염료분자는 전해질 I-에 의해 다시 환원되어 중성 분자가 된다. 그러나 표면상태 전자 중 일부는 산화된 염료와 다시 결합하거나, 전해질의 $I^{3-}$ 이온을 환원시키기도 한다. 이와 같은 과정은 암전류를 증가시키면서 반도체 전극 막의 성능을 저해하는 주원인이 된다. 전자의 재결합은 투명 전극을 통해서도 가능하기 때문에 투명 전극에 얇은 blocking layer를 도포한 후 나노 결정 산화물 반도체 전극을 제작하면 전지 특성을 향상시킬 수 있다. 본 실험에서 우리는 졸-젤 법으로 $TiO_2$ blocking layer 졸을 만들었고 간단하며 저가공정이 가능한 스크린 프린팅 방법으로 blocking layer를 형성하는 실험을 진행하였다. 전도띠 에너지가 높은 반도체 물질로 표면을 처리하면 $TiO_2$-전해질 간 계면에 에너지 장벽이 형성되어 재결합을 줄여 모든 광전특성이 향상 되었다.

The surface morphology and structural properties of polycrystalline silicon (poly-Si) films made in-situ aluminum induced crystallization at various substrate temperature (300~600) was investigated. Silicon films were deposited by hot-wire chemical vapor deposition (HWCVD), as the catalytic or pyrolytic decomposition of precursor gases SiH4 occurs only on the surface of the heated wire. Aluminum films were deposited by DC magnetron sputtering at room temperature. continuous poly-Si films were achieved at low temperature. from cross-section TEM analyses, It was confirmed that poly-Si above $450^{\circ}C$ was successfully grown on and poly-Si films had (111) preferred orientation. As substrate temperature increases, Si(111)/Si(220) ratio was decreased. The electrical properties of poly-Si film were investigated by Hall effect measurement. Poly-Si film was p-type by Al and resistivity and hall effect mobility was affected by substrate temperature.

유연금속기판위에 DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 Ag/ZnO 이중구조의 후면반사막을 증착하고 Ag 표면조도 변화에 따른 후면반사막의 반사특성 변화와 플렉서블 비정질 실리콘 박막 태양전지의 셀 특성에 미치는 영향을 조사하였다. Substrate구조를 갖는 플렉서블 실리콘 박막 태양전지에서는 실리콘 박막 광흡수층의 상대적으로 낮은 광 흡수율로 인하여 입사광에 대한 태양전지 내에서의 광 산란 및 포획이 태양전지 효율을 증대시키는데 매우 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 플렉서블 실리콘 박막 태양전지에서의 후면반사막은 광 흡수층에서 흡수되지 않는 입사광을 다시 반사시켜 광 흡수를 증대시키며 이때 후면반사막 표면에서 반사 빛을 효율적으로 산란시켜 이동경로를 증대시킴으로써 광 흡수율을 더욱 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 유연금속 기판위에 Ag와 ZnO:Al($Al_2O_3$ 2.5wt%) 타겟을 사용한 DC 마그네트론 스퍼터링법으로 Ag/AZO 이중구조의 후면반사막을 제조하고, Ag 박막의 표면형상 변화와 이에 따른 후면반사막의 반사도 변화를 비교, 분석하였다. 증착 조건 변화에 따른 표면 형상 및 반사 특성은 Atomic Force Mircroscope(AFM), Scanning electron miroscopy(SEM), UV-visible-nIR spectrometry를 통하여 분석하였다. 서로 다른 표면 거칠기를 갖는 후면반사막 위에 n-i-p구조의 a-Si:H 실리콘 박막 태양전지를 제조한 후 태양전지 동작 특성에 미치는 영향을 조사하였다. n,p층은 13.56MHz PECVD, i층은 60MHz VHF CVD를 사용하여 각각 제조 하였으며, Photo I-V, External Quantum Efficiency(EQE) 분석을 통하여 태양전지 특성을 조사 하였다. SEM 분석결과 공정 온도가 증가 할수록 Ag 박막의 표면 결정립 크기도 증가하였으며, AFM분석을 통한 Root-mean-square(Rms)값은 상온에서 $500^{\circ}C$로 증착온도가 증가함에 따라 6.62nm에서 46.64nm까지 증가하였다. Ag 박막의 표면 거칠기 증가에 따라 후면반 사막의 확산 반사도도 함께 증가하였다. 공정온도 $500^{\circ}C$에서 증착된 후면반사막을 사용하여 a-Si:H 태양전지를 제조하였을 때 상온에서 제조한 후면반사막에 비하여 단락전류밀도 (Jsc)값은 9.94mA/$cm^2$에서 13.36mA/$cm^2$로 증가하였으며, 7.6%의 가장 높은 태양전지 효율을 나타내었다.

유리기판을 이용하여 제조되는 미세 결정질 실리콘 박막 태양전지에서 진성 반도체층(i ${\mu}c$-Si:H layer, i층)은 태양전지의 광 흡수층으로 사용되기 때문에 그 특성은 매우 중요하다. 특히, i층의 결정분율 변화는 태양광의 흡수파장 및 효율을 결정하여 준다. 본 연구에서는 i층 증착시 $SiH_4$ 가스의 농도 변화 및 $SiH_4$ 가스 profiling을 통하여 i층의 결정분율을 변화하였으며, 이에 따른 i층 단위박막과 미세결정질 태양전지 특성변화를 분석 하였다. i층의 $SiH_4$ 가스 농도가 증가함에 따라 i층 단위박막의 결정분율은 증가하였으며, 전기 전도도는 감소하였다. 또한, i층의 $SiH_4$ 가스 농도를 점차 증가하며 profiling 하여 증착한 박막은 동일 가스 농도로 증착한 박막보다 전기 전도도가 감소하였고, 증착속도는 증가하였다. 이와 같은 다양한 i층들은 'Raman spectroscopy'를 통하여 결정분율 변화를 측정하였다. 또한, 이 박막들을 광 흡수층으로 사용하는 미세결정질 태양전지를 제조하고, 태양전지의 효율, 양자효율, 암전류 특성들을 단위박막 특성과 연계하여 분석하였다.

본 실험에서는 $CuInSe_2$ 3원물질을 화학량론적 조성비가 되도록 박막을 제조하기 위해 각 단위원소를 원자비에 맞춰 전자선가열 진공증착기를 사용하여 Cu, In, Se 순으로 증착하였다. $90^{\circ}C$이하의 온도에서 $CuIn_2$, In상이 주를 이루며, $100^{\circ}C$이상에서는 $Cu_{11}In_9$상이 나타나기 시작하고 In상이 증가하였다. $10^{-3}torr$이상의 진공석영관에서 열처리와 동시에 Selenization을 통해 제작된 $CuInSe_2$박막은 열처리온도 $250^{\circ}C$에서는 CuxSe, CuSe등의 2차상들이 나타나다가 $450^{\circ}C$이상의 고온에서 $CuInSe_2$ 단일상을 형성하였다. 이로부터 진공중에서 반응을 시켰을 때, 더 낮은 온도에서 반응이 일어나고 열역학적으로 보다 안정한 소수의 화합물들이 쉽게 형성됨을 확인할 수 있었다. 특히 $250^{\circ}C$에서는 Sphalerite 구조를 가지다가 $350^{\circ}C$이상의 온도에서 Selenization하였을 때 Chalcopyrite 구조를 가졌다. 박막이 두꺼워지면서 결정립의 크기가 커지고 응력이 작아지는 특성을 보였다. 에너지 밴드갭은($E_g$)은 Cu/In 성분비율이 클수록 작은값을 보였으며, 결절립크기가 증대되므로 결국 흡수계수가 낮아짐을 알 수 있다. 또한 두께가 증가할수록 전반적으로 흡수계수가 증가하였고 Cu/In의 성분비율이 0.97일 때 기초흡수파장은 1,169nm이고 에너지밴드갭은 1.06eV이었으며, 두께 $1.5{\mu}m$이상일 때 전반적으로 양호한 상태의 p-type $CuInSe_2$박막을 제작하였다.

$CuInS_2$ thin films were synthesized by sulfurization of Cu/In Stacked elemental layer deposited onto glass Substrates by vacuum furnace annealing at temperature 200[$^{\circ}C$]. And structural and electrical properties were measured in order to certify optimum conditions for growth of the ternary compound semiconductor $CuInS_2$ thin films with non-stoichiometry composition. $CuInS_2$ thin film was well made at the heat treatment 200[$^{\circ}C$] of SLG/Cu/In/S stacked elemental layer which was prepared by thermal evaporator, and chemical composition of the thin film was analyzed nearly as the proportion of 1 : 1 : 2. Physical properties of the thin film were investigated at various fabrication conditions substrate temperature, annealing and temperature, annealing time by XRD, FE-SEM and hall measurement system. At the same time, carrier concentration, hall mobility and resistivity of the thin films was $9.10568{\times}10^{17}$ [$cm^{-3}$], 312.502 [$cm^2/V{\cdot}s$] and $2.36{\times}10^{-2}$ [${\Omega}{\cdot}cm$], respectively.

Many efforts on the surface sulfurization of $Cu(InGa)Se_2$ (CIGS)thin films have been reported as techniques to improve CIGS solar cell performance. We have investigated the sulfurization technique using the sulfur vapor. The co-evaporated $Cu(In,Ga)Se_2$ tin film was used for sulfurization. A thin $Cu(In,Ga)(S,Se)_2$ layer was grown on the surface of the CIGS thin film after high-temperature annealing in sulfur vapor. The structural and compositional properties of the thin films were studied by XRD, EDS and AES analysis. The obtained results revealed that the surface modification technique is promising method to S incorporated into CIGS absorber.

This paper investigates the dependence of a-Si:H/c-Si passivation and heterojunction solar cell performances on various cleaning processes of silicon wafer and surface morphology. It is observed that passivation quality of a-Si:H thin-films on c-Si wafer highly depends on wafer surface conditions. The MCLT(Minority carrier life time) of wafer incorporating intrinsic (i) a-Si:H as a passivation layer shows sensitive variation with cleaning process and surface morpholgy. By applying improved cleaning processes and surface morphology we can obtain the MCLT of $200{\mu}sec$ after H-termination and above 1.5msec after i a-Si:H thin film deposition, which has implied open circuit voltage of 0.720V.

고효율 실리콘 양자점 태양전지를 제작하기 위해 Si과 C target을 co-sputtering 방식으로 제조한 SiC matrix를 열처리하여 박막 내에 Si nanocrystal들을 생성하였다. Si nanocrystal의 특성은 다양한 요인에 영향을 받는 데 barrier 물질인 SiC matrix가 가장 큰 영향을 준다. SiC는 900도 이상에서 열처리하는 동안 Si과 C과 SiC으로 재배열 혹은 재결합하는 데 이 때 가장 작은 carbon이 빠르게 diffusion하는 현상에 의해 Si nanocrystal의 성장과 특성에 영향을 주게 된다. 이 현상을 연구하기 위해 stoichiometric SiC/Si-rich SiC/stoichiometric SiC의 3층 구조로 시료를 제작하여 이를 SIMS의 depth profiling을 통하여 열처리 전보다 열처리 후에 Si-rich SiC layer내에 carbon이 약 2~3%정도 증가한 것으로 carbon이 diffusion된 것을 확인하였다. 이 시료를 UV-VIS-NIR spectroscopy, Raman, GIXRD 등의 다양한 측정을 통하여 carbon diffusion에 의한 Si nanocrystal의 특성변화를 연구하였다.

Superstrate형 실리콘 박막 태양전지에서 전면전극으로 사용되는 투명전도막의 표면형상은 태양전지내로 입사하는 태양광의 표면산란에 영향을 미치며 표면산란 증가를 통한 광 포획 및 단락전류밀도 향상을 통하여 태양전지 효율을 증대시키는 중요한 역할을 한다. 기존에 실리콘박막 태양전지용으로 많이 사용되는 상용 Asahi-U형 투명전도막은 수소 플라즈마에 대한 안정성이 낮고 입사광의 장파장 대역에서의 산란특성이 낮아 실리콘 박막 태양전지의 고효율화에 한계점이 있었다. 최근에 Asahi-U형 투명전도막을 대신하여 ZnO계 투명전도막을 전면전극으로 사용하려는 연구가 활발히 진행되고 있으며 Al을 토핑원소로 사용하는 ZnO:Al 투명전도막은 우수한 전기적, 광학적 특성과 수소플라즈마 안정성 및 저 비용 등의 우수한 장점을 갖고 있다. 스퍼터링 방식으로 제조된 ZnO:Al 투명전도막의 표면형상은 일반적으로 증착 후 습식식각을 통하여 조절되며 식각 전 박막의 미세구조에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 또한 습식 식각 이후의 표면거칠기에 따라 다양한 광학적, 전기적 특성을 나타낸다. 본 연구에서는 in-line RF-magnetron sputter 장비를 이용하여 다양한 공정조건하에서 ZnO:Al 투명전도막을 제조하고 증착된 박막의 미세구조 특성에 따른 습식식각 이후의 표면형상 변화 및 전기적 광학적 특성 변화를 조사하였다.

$Cu(InGa)Se_2$ (CIGS) 태양전지는 박막형 태양전지 중 가장 높은 에너지 변환 효율이 보고 되고 있다. CIGS 태양전지를 제조하는 방법은 3 단계 동시 증착법, 금속 전구체의 셀렌화 공정법, 전기 증착법 등이 있다. 이 중 금속 전구체의 셀렌화 공정법은 다른 제조 방법에 비해 대면적 생산에 유리하고, 비교적 공정 과정이 간단하다는 장점이 있다. 하지만 금속 전구체의 미세구조 및 제조 방법, 셀렌화 공정의 최적화에 대한 연구가 부족하다. 본 실험에서는 후면전극으로 사용되는 Mo 층이 증착된 소다회 유리(soda-lime glass)를 기판으로 사용하였다. Cu-In(4:6), Cu-Ga(6:4) 타겟을 DC 스퍼터링 시스템을 이용하여 금속 전구체를 증착하였다. 이 후 미국 Delawere 대학교의 IEC 연구소와 한국전자통신연구원 (ETRI)에서 금속 전구체의 셀렌화 공정을 진행하였다. 셀렌화 공정 전후의 금속 전구체의 결정 크기와 미세구조의 변화를 관찰하기 위하여 주사전자현미경 (SEM)과 X선 회절 분석기 (XRD)를 사용하였다. 센렌화 공정이 진행된 금속 전구체 위에 버퍼층으로 사용되는 CdS와 전면전극으로 사영되는 ZnO, ITO 층을 합성한 후 에너지 변환 효율을 측정하였다. 최고 효율은 9.7%로 관찰되었다.

태양전지에서 고효율을 얻기 위해서는 알루미늄 원자의 확산에 의한 불순물층으로서 p+층이 필수적이다. P+층은 형성전자의 재결합을 방지하고, 생성 캐리어의 수집 효율을 향상시키는 BSF(Back Surface Field) 효과의 역할을 한다. 도포된 알루미늄 페이스트가 부족할 경우 BSF효과가 나타나지 않으며 과할 경우 웨이퍼가 휨이 발생하여 최적 인쇄도포량이 중요하다. 본 연구에서는 레오미터 측정조건을 스크린 프린팅 인쇄 조건과 유사하게 진행하여 저장탄성율(G') 과 손실탄성율(G")의 관계를 살펴보았다. 회복단계에서 G'>G" 이고 Cross point가 없을 경우 도포량이 1.8g 이상이였으며, 웨이퍼의 휨(bowing)이 크게 발생하였고, 이와 반대로 회복시 20초 후에 Cross point가 나타난 경우 10% 정도 도포량 감소와 함께 휨 발생도 1 mm 이하로 양호한 특성을 확인할 수 있었다.

Glass frit은 실리콘 태양전지의 Ag/Si contact을 위해 필수적이다. 태양전지의 고효율 특성 구현 때문에, Contact resistance(Rc)가 우수한 Pb-frit의 사용이 불가피한 상황이다. 본 연구는 기존의 Pb계를 무연화함과 동시에 동등수준의 효율을 목표로 하였다. Ag 분말 size 및 glass frit의 열적 거동 특성이 SiNx 코팅층 침투와 Ag re-crystallites에 미치는 영향에 대해 평가하였다. 6 inch 다결정 실리콘 웨이퍼를 사용하였으며, softening temperture(Sp)별로 4종의 Bi계 glass frit을 제조 하였고, 분말 size가 다른 3종의 Ag powder를 선정하였다. Glass frit Sp가 $460^{\circ}C$ 이상의 경우에는 효율이 10% 미만이였으나 Sp $460^{\circ}C$ 이하에서는 16% 수준의 효율을 확인할 수 있었다.

고효율 멀티정션박막태양전지의 바텀셀 적용을 목적으로, 반응성CVD(Reactive thermal CVD)기술을 이용, $Si_2H_6+GeF_4$를 원료가스로, 이들이 가진 산화환원반응을 이용하여 400도 이하의 저온에서 Ge 및 Si 기판에 Ge을 에피성장 시켰다. Ge 기판위의 호모에피막의 경우, $2.5{\AA}/sec$의 성장속도와 99%의 Ge조성을 보였고, RHEED 및 HR-XRD를 통한 결정성 평가 결과, 고품질의 Ge 에피막의 성장이 확인되었다. 동일한 성장조건을 Si기판에 헤테로에피성장 시켰을 경우, 4% 격자불일치에 의해 막품질이 저하되는 것을 확인하였다. 이를 개선하기 위하여 저온에서 제작한 버퍼층에 대한 논의를 하고자 한다.

저수지 수면을 이용한 태양광발전 시스템은 저수지, 연못 등의 유휴수면에 부유체를 이용하여 태양광발전 시스템을 수면에 설치하는 발전방식이다. 수면의 환경조건은 지상조건에 비해 장애물이 없고 모듈의 온도가 낮기 때문에 일조량 및 발전효율의 증가 등이 예상되고 있다. 지상 태양광 발전은 농지 또는 임야를 개발하는 과정에서 산림훼손 등을 유발하는 단점이 있으나, 수면태양광 발전은 유효 수면을 적극 활용함으로 국토가 협소한 우리나라에 매우 적합한 발전 방식이라 할 수 있다. 본 논문은 한국수자원공사에서 관리하고 있는 주암 다목적댐에 수면태양광 실증플랜트를 설치한 사례로 설계 및 시공 방법에 대하여 기술하고자 한다.

Korea Electric Power Research Institute (KEPRI) has developed a compact coal-gasification system to accumulate our experiment skills. The combustion furnace for residual oil was modified as a small size coal gasifier. Recently, coal feeding system was also upgraded to control coal feed rate more accurately. Our research group has conducted several experiments to find out the effect of $O_2$/coal ratio on the cold gas efficiency. Furthermore, the effect of $N_2$/coal ratio on the transport characteristics was also studied. According to the calculation of heat and mass balance, the cold gas efficiency was estimated to the maximum at $O_2$/coal ratio of around 0.73. But small size gasifier such as ours required higher value of $O_2$/coal ratio than that of the theoretical estimation. On the optimal $N_2$/coal ratio, we noticed that the coal feed rate was intimately related with the transporting gas pressure and the pipe diameter.

석탄의 직접 연소 대신 고온/고압의 조건에서 불완전연소 및 가스화 반응을 통하여 일산화탄소(CO)와 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조하여 이용하는 석탄 가스화 기술은 현실적인 에너지원의 확보를 위한 방법인 동시에 이산화탄소를 저감할 수 있는 기술이라 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 non-slagging 방식의 pilot급 분류층 석탄가스화기를 대상으로 고압 미분탄공급장치, 합성가스 냉각장치, 고온 집진장치 등을 연계하여 상용급 석탄가스기와 유사한 $1,300^{\circ}C$, 20 kg/$cm^2$의 운전조건에서 미분탄의 안정적인 공급을 통한 양질의 합성가스 제조 및 제조된 합성가스의 분기 공급특성 시험을 진행하였다. 그리고, 고압 미분탄공급장치는 공급호퍼에 저장된 미분탄을 고온/고압 조건으로 운전되는 석탄가스화기에 공급하기 위한 설비로서, 이러한 고압 미분탄공급장치를 이용한 기류수송 방식의 미분탄 공급 기술은 가스화기 설계 및 운전제어 기술과 더불어 석탄가스화기 시스템의 안정적 연속운전을 위한 가장 핵심적인 기술 중 하나라고 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 아역청탄인 인도네시아 ABK탄을 대상으로 향후 dense phase 고압 기류수송을 목적으로 하는 고압 미분탄공급장치의 성능특성을 시험을 진행하였는데, 시험 결과 73 kg/h 조건에서 20 kg/$cm^2$의 가스화기에 대한 안정적인 미분탄 공급특성을 확인할 수 있었으며, 이러한 미분탄 공급 조건에서 CO 40～45%, $H_2$ 16~20%, $CO_2$ 5~8% 조성의 양질의 합성가스를 평균적으로 $230{\sim}50Nm^3/h$ 안정적으로 제조할 수 있었다.

석탄가스화기술은 매장량이 풍부하여 안정적인 공급이 보장되는 석탄을 이용함과 동시에 환경오염물질 감소라는 사회적 요구조건을 충족시키면서 화학제품, 석탄-가스화, 석탄-디젤화, 연료전지, 복합발전 등 다양한 분야에 응용이 가능한 장점이 있다. 특히 석탄가스화복합기술(Intergrated Coal Gasification Combined Cycle, IGCC)은 석탄을 고온, 고압하에서 가스화시켜 일산화탄소(CO), 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조, 정제 후 가스터빈 및 증기터빈을 복합으로 구동하여 전기를 생산하는 친환경 차세대 발전기술로 주목을 받고 있다. 현재 IGCC 기술은 세계적으로 볼 때 상용화단계에 있고, 우리나라의 경우 한국형 IGCC 기술의 확보를 위한 연구사업이 진행중에 있다. 본 연구는 IGCC 발전플랜트의 발전효율을 결정하는 가장 중요한 부분이라 할 수 있는 가스화반응기의 모델링 기술을 개발하는 목적으로 진행되었다. 본 연구에서는 석탄가스화 반응기에서 발생하는 석탄의 휘발화와 Char의 표면반응 그리고 기상에서의 가스화반응등의 현상을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 모델링하는 방법론이 연구되었다. 해석을 위한 형상은 해석에 소요되는 시간을 줄이고, 형상이 해석결과에 미치는 영향을 줄이고자 2차원으로 구성하였다. 해석을 위한 수학적모델으로는 난류모델, 가스화반응모델, Lagrangian particle tracking, Char reaction 등을 포함하였고, 해석을 위한 Solver는 Fluent를 이용하였다. 모델링결과에 의해 예측되는 합성가스의 조성을 상용급 IGCC 가스화기의 운전결과와 비교해 본 결과 본 연구에서 설정한 모델로 예측되는 온도 및 가스농도가 실험치와 유사하게 나타남을 알 수 있었고 이를 통하여 본 연구에서 설정한 모델링방법이 적절함을 알 수 있었다.

IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) plants are among the most advanced and effective systems for electric energy generation. From a control perspective, IGCC plants represent a significant challenge: complex reactions, highly integrated control to simultaneously satisfy production, controllability, operability and environmental objectives. While all these requirements seem clearly to demand a multivatiable, model predictive approach, not many applications can be easily found in the literature. This paper describes the IGCC dynamic simulation that is capable of simulating plant startup, shutdown, normal, and abnormal operation and engineering studies. This high fidelity dynamic models contain the detailed process design data to produce realistic responses to process operation and upset. And the simulation is used by engineers to evaluate the transient performance and produce graphical information indicating the response of the process under study conditions.

고체 흡수제를 이용한 석탄합성가스 중의 황제거 기술은 습식 스크러빙 방식에 비해 고온에서 운전가능하므로 석탄가스화복합발전의 효율 향상을 가져올 수 있다. 고체탈황제는 서로 연결된 두 개의 유동층 반응기를 순환하면서 흡수탑에서는 합성가스 중의 $H_2S$로부터 황을 흡수하고 재생탑에서는 공기 중의 산소와 흡수된 황이 반응하여 $SO_2$를 배출하고 재생된다. 따라서 고체 황 흡수제는 유동층 공정에 응용가능한 물성과 함께 높은 황흡수능과 빠른 반응성이 요구된다. 본 연구에서는 기존 개발된 고체 탈황제가 가졌던 소성시 수축 현상, 낮은 내마모도 등을 개선하기 위해 지지체 조성을 변경하여 개발한 분무성형 탈황제의 흡수 재생 온도에 따른 황흡수 특성 변화를 조사하였다. $H_2S$ 1 vol. %를 함유한 모사 합성가스를 이용하여 흡수온도 450, $500^{\circ}C$, 재생온도 500, 550, 600, $650^{\circ}C$에서 황 흡수능을 열중량분석기를 이용하여 측정하였다. 개발된 흡수제는 유동층 공정 적용에 적합한 훌륭한 물성(형상, 밀도, 강도 등)과 함께 $500^{\circ}C$ 흡수와 $650^{\circ}C$ 재생을 기준으로 10 wt% 이상의 높은 황흡수능을 보여주었다. 흡수온도 변화는 황 흡수능 변화에 큰 영향을 미치지 않았으나, 재생온도가 $600^{\circ}C$ 이하인 경우 황흡수능이 5 wt% 이하로 크게 떨어져 재생온도를 $650^{\circ}C$ 이상 유지시키는 것이 중요함을 알 수 있었다.

고온건식탈황기술은 고온고압에서 석탄가스에 함유된 황화합물을 제거하는 기술로 석탄가스화에 의해 생성된 고온의 석탄가스의 열손실을 최소화하여 열효율이 높은 기술이다. 본 연구에서는 석탄으로부터 합성원유를 생산하는 0.3 배럴/일 규모 석탄액화(CTL)공정의 연계운전을 통하여 건식탈황공정의 성능을 평가하였다. 0.3 배럴/일 규모 석탄액화공정은 석탄가스화기, 건식탈황공정, 액화공정으로 구성되어 있으며 30 atm의 고압에서 운전된다. 건식탈황공정은 석탄가스화기와 액화공정 사이에 위치하여 석탄가스화로부터 생성된 석탄가스에 함유된 황화합물을 아연계 건식탈황제에 의해 제거한 후 액화반응기로 공급하여 황화합물에 의한 촉매의 피독을 막아주는 역할을 수행한다. 본 연구에서는 기존에 개발된 두 개의 기포유동층 반응기로 구성된 탈황장치를 30 atm에서 운전이 가능하도록 수정/보완하여 실제 운전압력인 30 atm의 고압에서 연속운전을 수행하였다. 실험 결과 탈황효율은 99% 이상이며 탈황반응기 출구 황화합물의 농도는 1 ppmv 이하로 유지하였다.

분류층 가스화기는 석탄과 산소(공기) 및 수증기가 반응하여 $1200{\sim}1600^{\circ}C$의 고온, 20~60기압의 고압에서 작동되어 합성가스를 생성하며 합성가스에 포함된 입자 및 황화합물 등을 정제설비를 통하여 정제 후 발전 및 화학원료로 사용한다. 석탄가스화 중 석탄에 포함된 대부분의 회분은 용융슬래그 형태로 가스화기 벽면을 따라 흘러 내려 가스화기 하부의 냉각수조에서 급랭되어 배출된다. 이때 용융슬래그의 원활한 배출을 위해서는 일정범위의 점도를 유지하는 것이 필요하다. 슬래그의 점도는 가스화기 온도 및 Ash의 조성에 따라 크게 변하며 가스화기 설계 및 운전 시 매우 중요한 변수이다. 따라서 최적의 설계 및 운전을 위해서는 Ash의 점도예측이 중요하며, 분류층 가스화기내부에서 Ash 점도 예측을 위한 DooVisco 프로그램을 개발하였다. DooVisco는 가스화기 내부에서 슬래그 용융온도 및 온도별 점도, 가스화기 최소 운전온도 및 석회석 투입 효과 분석뿐만 아니라 석탄의 혼합 사용 시의 특성 예측도 가능하도록 개발되었다. DooVisco는 슬래그 주요 4성분인 SiO2, Al2O3, CaO, FeO 성분에 대한 Phase Diagram을 이용하여 1차적으로 슬래그용융온도(Liquidus Temperature)를 예측하고, 주요 4 성분 외에 Na2O, MgO, K2O, TiO2 등을 고려한 Kalmanovich Model을 이용하여 점도를 예측한다. 최종적으로 슬래그 용융온도와 점도를 활용하여 분류층 가스화기 운전가능 온도범위를 예측한다. 개발된 DooVisco를 활용하여 300MW급 실증 IGCC 플랜트에 사용가능성이 있는 석탄을 대상으로 슬래그의 용융온도 및 점도 등을 예측하였으며 최적 운전을 위한 슬form점도 조절용 Flux인 석회석 투입량 등을 평가하였다. 평가 결과 슬래그 용융온도가 $1700^{\circ}C$ 이상으로 석회석 투입이 필요하다고 판단되었다. 약 가스화기 내부 온도를 $1500^{\circ}C$ 정도에서 원활한 운전을 위해서는 석탄 대비 약 10% 내외의 석회석 투입이 필요할 것으로 평가되었다. DooVisco는 분류층 가스화기 설 계시 가스화기 최적 운전 온도 설정 및 Flux 투입필요성, 종류, 투입량 선정에 활용될 수 있을 뿐만 아니라 플랜트 운전시 석탄의 탄종 적합성 등을 판단하는데 활용될 수 있을 것이라 판단된다.

최근 늘어나는 에너지 수요와 석유 및 천연가스의 공급 부족에 대비하여 석탄을 전환하여 부족분을 메우는 기술의 수요가 늘고 있다. 동시에 기후변화를 가속화하는 석탄기술의 확산을 어렵게 하는 정책이 수립되고 있어 석탄 이용 분야가 큰 딜레마에 처해있다. 두 마리 토끼를 다 잡기가 가장 용이한 석탄이용 기술이 가스화를 기반으로 하는 석탄전환 기술이다. 중국을 중심으로 진행되고 있는 석탄 전환기술의 현황과 단기 전망을 설명하고자 한다.

Hybrid형 석탄액화 공정은 직접액화 (Direct Coal Liquefaction, DCL)공정과 간접액화 (Indirect Coal Liquefaction, ICL)공정으로 구성 되며, 공정의 경제성을 분석하기위하여 주요 제품 (디젤, 납사) 생산량이 50,000barrel per day (BPD)의 Hybrid형 석탄액화공정을 선정하고 공정에 적합한 검토기준을 세워 건설비용 및 매출액등을 산정하였다. 또한 석탄액화공정에 대한 중요 변수들의 가격 변동에 따른 민감도 분석을 실시하였다. 생산량을 기준으로 선정된 원료탄(Illinois #6 유연탄)의 사용하였을 때, 총 투자액은 $4,114,730,000 로 나타났으며, 고정비는 $93,610,000, 변동비는 $407,225,000으로 분석되었다. 경제성 분석결과 내부수익률 (internal rate of return, IRR)은 기본조건에서 11.48%로 나타났으며, 순현가(net present value, NPV)는 $526,478,000으로 나타났다. 원금상환 기간은 6.9년으로 나타났으며, 민감도 분석 결과 제품가격, 원료석탄가격, 건설비의 변동률 순서로 수익률에 변화를 주는 것으로 나타났다. 민감도가 가장 높은 제품 가격 25% 상승 시, IRR과 NPV는 각각 17.24%, $2,804,919,000로 나타났다.

세라믹 필터는 여러 종류의 분진제거 시스템에서 연소 배가스 정제를 위한 가장 적절한 소재로 알려져 있다. 현재까지 다양한 형태의 세라믹 필터가 개발되고 있는데, 캔들 타입(candle type), 튜브 타입(tubular type), 평판 타입(parallel flow type) 등이 그 예이다. 통상적으로 세라믹 캔들 필터는 가압유동층복합발전(PFBC, Pressurize Fluidized-Bed Combustion), 석탄가스화복합발전(IGCC, Integrated coal Gasification Combined Cycle), 석탄가스화연료전지복합발전(IGFC, Integrated coal Gasification Fuel cell Combined cycle)에서 고온 배가스 정제용으로 사용되고 있다. 일반적으로 IGCC나 CTL 합성가스 정제시스템의 경우에는 높은 고압(약 25기압)과 미세분진이 함유되어 있는 분위기에서 운전된다. 그러므로 이때 사용되는 초청정용 세라믹 집진필터는 고온, 고압 및 부식 환경에서 50 MPa 이상을 갖는 높은 강도와 내식성을 갖도록 개발되어야 하기 때문에 SiC(Silicon Carbide)가 가장 적절한 캔들 필터 소재로 적용되고 있다. 이에 따라 집진용 SiC 세라믹 캔들 필터를 개발하기 위해서는 고온에서 내산화성이 우수하고, 부피팽창에 의한 균열이 발생하지 않는 무기결합재의 선정 및 이를 통한 소재의 특성 최적화가 가장 중요한 부분이라 할 수 있다. 본 연구에서는 IGCC나 CTL 공정에 적용하기 위한 SiC 캔들 필터 소재 개발을 위해 래밍성형 공정으로 1m급의 탄화규소 캔들 필터 시작품을 제작하여 SiC 출발입자 크기와 무기계 결합재인 스트론튬 카보네이트의 첨가량 변화에 따른 필터 소재의 특성 평가를 수행하였다.

A bench scale slurry bubble column reactor (SBCR) with active-Fe based catalyst was developed for the Fischer-Tropsch synthesis (FTS) reaction. Considering the highly exothermic reaction heat generated in the bench scale SBCR, an effective cooling system was devised consisting of a U-type dip tube submerged in the reactor. Also, the physical and chemical properties of the catalyst were controlled so as to achieve high activity for the CO conversion and liquid oil ($C_{5+}$) production. Firstly, the FTS performance of the FeCuK/$SiO_2$ catalyst in the SBCR under reaction conditions of $265^{\circ}C$, 2.5 MPa, and $H_2/CO=1$ was investigated. The CO conversion and liquid oil ($C_{5+}$) productivity in the reaction were 88.6% and 0.226 $g/g_{cat}-h$, respectively, corresponding to a liquid oil ($C_{5+}$) production rate of 0.03 bbl/day. To investigate the FTS reaction behavior in the bench scale SBCR, the effects of the space velocity and superficial velocity of the synthesis gas and reaction temperature were also studied. The liquid oil production rate increased upto 0.057 bbl/day with increasing space velocity from 2.61 to 3.92 $SL/h-g_{Fe}$ and it was confirmed that the SBCR bench system developed in this research precisely simulated the FTS reaction behavior reported in the small scale slurry reactor.

현재 상용가능한 연소전 $CO_2$ 포집 기술은 습식 스크러빙 방식으로 고온의 합성가스를 상온 수준으로 온도를 낮춘 후 $CO_2$를 포집해야 하고 포집된 $CO_2$의 압력이 낮아 재압축하여 저장소로 보내야 함에 따라 큰 폭의 열효율 손실이 불가피하다. 고온 고압에서 이산화탄소를 포집할수 있는 고체 흡수제를 이용할 경우 이산화탄소 포집 치 저장 추가에 따른 시스템 효율 저하를 최소화할 수 있다. 고체 $CO_2$ 흡수제는 서로 연결된 두 개의 유동층 반응기를 순환하면서 흡수탑에서는 합성가스 중의 $CO_2$를 흡수하고 재생탑에서는 고온의 수증기와 접촉하여 흡수된 $CO_2$를 다시 배출함으로써 재생된다. 따라서 건식 재생 $CO_2$ 흡수제는 유동층 공정에 응용가능한 물성과 함께 높은 $CO_2$ 흡수능과 빠른 반응성이 요구된다. 본 연구에서는 유동층 공정에 적합한 물성을 가진 연소전 $CO_2$ 포집용 고체 흡수제를 분무건조법으로 제조하였으며, 모사 합성가스를 이용하여 열중량분석기와 기포유동층반응기를 이용하여 $200^{\circ}C$ 흡수, $400^{\circ}C$ 재생, 압력 20 bar 조건으로 반응성을 측정하였다. 개발된 고체 $CO_2$ 흡수제는 열중량분석기에서는 반응 후 10-13 wt%의 무게증가를 나타내었고 기포유동층반응기에서는 8-10 wt%의 $CO_2$ 흡수능을 보여주었다. 특히 수증기의 함량이 10% 이상에서 높은 흡수능을 나타내어 수증기가 반응에 크게 작용하고 있음을 알 수 있었다.

석탄가스화복합발전(IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle)의 고온 고압 합성가스로부터 $CO_2$를 저비용으로 포집하기 위한 연소전 포집 기술 중 유동층 촉진수성가스전환(SEWGS) 공정이 제안되어 연구개발 중에 있다. 연소전 $CO_2$ 포집을 위한 SEWGS 공정은 동일한 2탑 순환 유동층 반응기에서 고온 고압의 합성가스($H_2$, CO)를 유동층 WGS 촉매를 사용하여 CO를 $CO_2$로 전환하는 동시에 전환반응으로 생성된 $CO_2$를 흡수제를 이용하여 포집하는 기술이다. 본 연구는 $CO_2$ 회수와 WGS 반응이 동시에 이루어지는 공정에 적용 가능한 건식 재생 흡수제 및 유동층 WGS 촉매 개발을 목표로 $CO_2$ 흡수제(P Series) 및 WGS 촉매(PC Series) 조성을 제안하고 분무건조기를 이용하여 6~8kg/batch로 성형 제조하였다. 제조된 $CO_2$ 흡수제 및 촉매의 특성 평가 결과 내마모도(Attrition resistance)를 포함한 물리적 특성이 유동층 공정의 요구조건을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 모사 석탄 합성가스를 이용하여 20bar, $200^{\circ}C$ 흡수/$400^{\circ}C$ 재생 조건에서 열중량 분석기(TGA) 및 가압 유동층(Fluidized-bed) 반응기를 통한 흡수제의 $CO_2$ 흡수능 평가를 수행하였다. 그 결과 내마모도(AI) 3% 이하로 기계적 강도가 우수하며, $CO_2$ 흡수능 17.6 wt%(TGA) 및 11wt%(가압 유동층)를 나타냈다. 유동층 WGS 특성 평가 결과 내마모도가 7~35%로 우수하였고, CO 전환율은 $200^{\circ}C$에서 80% 이상으로, 유동층 SEWGS 공정에 적용 가능한 특성을 확인하였다.

삼상슬러리 기포탑 반응기의 설계 및 Scale-up을 위하여 기포탑의 직경변화에 따른 기체-슬러리 계면에서의 물질전달 현상의 Similarity를 검토하고, 기체-슬러리 계면에서의 물질전달 현상과 슬러리 기포탑 반응기의 운전변수 및 반응물들의 물성들과의 연관성을 고찰하기 위하여 삼상슬러리 기포탑의 물질전달계(System)에서 주요 파라메타를 도출하였으며, 이들 파라메터들을 이용하여 슬러리 기포탑반응기의 물질전달 Scaling을 검토하였다. 물질전달계의 주요제어인자로는 기체-액체 부피물질전달계수($k_La$), 슬러리상의 확산도($D_{SL}$), 기포탑의 직경(D), 기포탑 반응기에 유입되는 기체의 유입속도($U_G$), 기포탑 반응기 내부의 연속상인 슬러리상의 표면장력(${\sigma}_{SL}$), 슬러리상과 기체상간의 밀도차(${\rho}_{SL}-{\rho}_G$) 그리고 슬러리상의 점도(${\mu}_{SL}$)등 슬러리 상의 물성을 선정하였으며 중력가속도(g)를 선정하였다. 물질전달계의 Scling을 검토하기위하여 이를 재구성하였으며 기포탑 반응기의 구조와 직경이 변화함에 따라 이들 무차원군의 변화양상을 고찰하였다. 실험적으로 측정된 물질전달계수와 Scaling에 의해 예측된 물질전달계수를 비교 검토함으로써 본 연구의 Correlation의 적용범위를 제시하였다.

To develop domestic IGCC gasification technology, a gasification test bed with a capacity of 20 tons/day has been designed. The main components of the test bed designed are a coal pulverizing and feeding facility, a gasifier, a syngas cooler, a gas treatment unit, oxygen and nitrogen tanks, and flare stack. For wide applications to the development of advanced coal gasification technology, many special functions have been given to it such as syngas recirculation, char recirculation, and multiple stage gasification. The test bed will be used for testing the characteristics of various types of coals, deriving optimum conditions for efficient gasifier operation and trouble shooting for the Korea IGCC demonstration plant. It will also be applied as a useful tool to develop scale-up design technology of IGCC and proceed to commercialization.

슬러리 기포탑 반응기는 열 및 물질 전달의 용이성, 낮은 운전비용 및 장치의 간단성의 장점을 가지고 있어서 Fischer-Tropsch 반응, bio-reaction 등에 많이 응용되고 있다. 그러나 기포탑 반응기 내의 물질 거동은 매우 복잡하기 때문에 많은 연구가 이루어지고 있음에도 불구하고 그 현상에 대한 명확한 이해는 어려운 상황이다. 특히 기포탑반응기내에 기체의 포집율(gas hold-up)을 증가시키는 것을 목적으로 하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 기체의 분사 방향에 따른 기체 포집율의 변화를 관찰하였다. 기체 분사는 0.6 mm의 pore가 66개로 구성된 perforated plate를 통해서 이루어졌고, 수직방향, 수평방향, 45도 그리고 수직/수평 조합의 네 가지 분사방향에 대해서 실험을 수행하였다. 반응기는 내경이 0.15 m이고 높이 2.0 m 아크릴 반응기를 이용하였다. 사용된 연속상은 수돗물을 사용하였고 분산상 기체로는 압축 공기를 이용하였다. 전체적인 기체 포집율은 수직방향의 분사방향에서 가장 높게 측정되었다. 그리고 수직/수평의 조합 분사방향의 경우, 기체 포집율이 가장 낮게 관찰되었다. 이것은 분사방향이 수직/수평으로 서로 엇갈릴 경우, 기포간의 충돌 가능성이 높아지고 bubble coalescence가 증가하였기 때문인 것으로 보인다. 실제로 homogeneous flow regime에서 heterogeneous flow regime으로 전환되는 기체선속도는 분사방향이 수직, 45도, 수평, 수직/수평 조합의 순서로 감소하였다. 즉 이 순서로 기체흐름의 와류가 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 Dynamic Gas Disengagement(DGD) 분석을 통하여 큰 기포가 발생하기 시작하는 기체 선속도의 변화를 관찰하였다. 이 경우, 예상되듯이 수직/수평 조합에서는 1.5 cm/sec 기체 선속도에서 큰 기포가 발생하기 시작한 반면 수직 방향 분사의 경우에는 2.5 cm/sec의 보다 높은 기체 선속도에서 관찰되기 시작하였다. 이러한 현상들을 종합하였을 때, 기체 분사방향을 수직으로 일정하게 했을 때, 기포간 출동을 최소화하고 와류발생을 최대한 지연시키며 전체 기체 포집율을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.

IGCC(Integrated Coal Gasification and Combined Cycle) plants can be among the most advanced and environmental systems for electric energy generation from various feed stocks and is becoming more and more popular in new power generation fields. In this work, the performance of IGCC plants employing Shell gasification technology and a GE 7FB gas turbine engine was simulated using IPSEpro open-equation modeling environment for different operating conditions. Performance analyses and comparisons of all operating cases were performed based on the design cases. Discussions were focused on gas composition, syngas production rate and overall performance. The validation of key steady-state performance values calculated from the process models were compared with values from the provided heat and material balances for Shell coal gasification technology. The key values included in the validation included the inlet coal flow rate; the mass flow rate, heating value, and composition of major gas species (CO, H2, CH4, H2O, CO2, H2S, N2, Ar) for the syngas exiting the gasifier island; and the HP and MP steam flows exiting the gasifier island.

세라믹 필터는 여러 종류의 분진제거 시스템에서 연소 배가스 정제를 위한 가장 적절한 소재로 알려져 있다. 현재까지 다양한 형태의 세라믹 필터가 개발되고 있는데, 캔들 타입(candle type), 튜브 타입(tubular type), 평판 타입(parallel flow type) 등이 그 예이다. 통상적으로 세라믹 캔들 필터는 가압유동층복합발전(PFBC, Pressurize Fluidized-Bed Combustion), 석탄가스화복합발전(IGCC, Integrated coal Gasification Combined Cycle), 석탄가스화연료전지복합발전(IGFC, Integrated coal Gasification Fuel cell Combined cycle)에서 고온 배가스 정제용으로 사용되고 있다. 일반적으로 IGCC나 CTL 합성가스 정제시스템의 경우에는 높은 고압(약 25기압)과 미세분진이 함유되어 있는 분위기에서 운전된다. 그러므로 이때 사용되는 초청정용 세라믹 집진필터는 고온, 고압 및 부식 환경에서 50 MPa 이상을 갖는 높은 강도와 내식성을 갖도록 개발되어야 하기 때문에 SiC(Silicon Carbide)가 가장 적절한 캔들 필터 소재로 적용되고 있다. 이에 따라 집진용 SiC 세라믹 캔들 필터를 개발하기 위해서는 고온에서 내산화성이 우수하고, 부피팽창에 의한 균열이 발생하지 않는 무기결합재의 선정 및 이를 통한 소재의 특성 최적화가 가장 중요한 부분이라 할 수 있다. 본 연구에서는 래밍성형 공정을 적용하여 1m급 탄화규소 세라믹 캔들 필터 시작품을 제조하였으며, 래밍성형 공정 이외에 정수압가압성형, 진공압출성형으로 제조되고 있는 세라믹 캔들 필터의 국내외 시장 및 그 전망을 분석하였다.

Fe계 촉매는 FT(Fischer-Tropsch) 합성반응에 매우 유망한 촉매로 주목받고 있으며, $280^{\circ}C$ 미만의 저온 FT 합성반응의 경우, 침전법이 Fe계 촉매의 가장 전형적인 제조방법으로 알려져 있다. Fe계 촉매에 첨가되는 조촉매로는 Cu, K, $SiO_2$ 등이 가장 대표적이며, 이 중에서 특히 구조 조촉매로 첨가되는 $SiO_2$는 Fe계 촉매의 기계적 강도를 향상시킬 뿐만 아니라, 촉매의 성능에도 크게 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 침전법을 이용하여 저온 FT 합성반응용 Fe계 촉매를 제조하였고, 구조 조촉매로 첨가한 $SiO_2$의 원료물질에 따른 Fe계 촉매의 성능변화를 조사하였다. $SiO_2$의 원료물질로는 콜로이드 $SiO_2$와 분말 $SiO_2$를 이용하였으며, 분말 $SiO_2$를 이용한 촉매가 콜로이드 $SiO_2$를 이용한 촉매보다 다소 높은 CO 전환율 및 중질탄화수소 선택도를 나타내는 것을 확인하였다.

Fisher-Tropsch 반응을 통하여 생성되는 왁스는 황 또는 질소 성분을 포함하지 않으며 또한 방향족 및 중금속 성분이 없기 때문에 청정 수송유로써 사용이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 Fisher-Tropsch 왁스는 그 분자량이 매우 큰 사슬형 탄화수소이기 때문에 수소첨가 분해반응을 통하여 중질유 range의 탄소수를 갖는 탄화수소로의 전환 기술이 반드시 필요하다. 이러한 수소첨가 분해반응에 사용되는 촉매는 강한 산점을 지니고 있는 양이온 교환 지르코니아가 대표적이라 할 수 있는데 최근 들어 강한 산점과 높은 산밀도, 그리고 기공의 모양과 크기에 따라 특정 반응이 제어되거나 활성화되는 형상선택성을 가지고 있기 때문에 다양한 반응에 촉매로 사용되는 제올라이트에 Pt 등의 귀금속을 담지한 촉매를 사용하여 Fisher-Tropsch 왁스의 전환율 및 중질유분의 선택도를 높이는 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 제올라이트 촉매에 귀금속을 담지하여 촉매를 제조하고 1L 급 고압 배치형 반응기를 이용하여 Fisher-Tropsch 왁스의 수소첨가 분해반응에 의한 중질유 제조 실험을 수행하고 그 결과를 고찰하였다.

석탄 가스화기술은 기존의 연소 방식에서 발생하는 공해 물질은 줄이면서 발생되어지는 합성가스를 이용하여 직접 사용하거나, IGCC나 CTL 공정등에서 원료로서 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있어 석탄의 환경친화적인 이용을 위하여 오래전에 개발된 기술임에도 불구하고 최근 각광받고 있는 기술이다. 분류층 가스화기는 미분화된 석탄을 고온에서 가스화하는 방식으로 용량의 대형화가 가능하여 석탄가스화복합발전(IGCC)용으로 이용되고 있다. 석탄슬러리를 원료로 사용하는 습식 분류층 가스화기는 기술적으로 상당히 안정적이어서 가장 많이 보급되어진 가스화기 형태이다. 본 연구에서는 1.0T/D급 습식 분류상 가스화 장치의 가압 운전 특성 및 가스화 특성, 운전 조건을 파악하기 위하여 실험을 실시하였다. 실험에 사용된 반응기는 운전 압력 30bar로 설계되었으며, Fuel의 공급량은 50~70kg/hr로 공급하였으며, $O_2$/fuel Ratio를 0.7~1.1까지 변경하여 Fuel 주입량에 따른 내부온도 분포와 $O_2$/Fuel 비율에 따른 합성가스의 조성, 탄소 전환율, 냉가스효율 변화 특성을 알아보았다.

최근 유가 상승 및 에너지 확보, 경질 원유 생산량 및 부존량 감소로 인하여 대체 석유자원의 개발에 대한 연구 및 관심이 급증하고 있다. 기존의 연소 방식이 아닌 연료를 청정 가스로 전환하여 이용하는 가스화 기술 개발이 진행되고 있다. 석탄은 매장량이 세계적으로 풍부 할뿐만 아니라, 지역적으로도 편재되어 있지 않은 에너지원인 석탄을 활용하는 새로운 발전기술로 환경보전성이 우수하며, 효율이 기존의 발전 시스템보다 뛰어난 에너지 이용기술로 각광받는 분야이다. 석탄 슬러리는 분쇄한 석탄을 믹서를 사용하여 소량의 계면활성제를 첨가하여 제조한다. CWM 제조용 석탄은 대체로 고유수분 5%이하, 회분 10%이하의 석탄이 추천되고 있으며, 수분이나 회분량, 산소함량, 입자의 세공율이 증가할수록 고농도화에 불리한 것으로 나타나고 있다. 연료적 가치를 향상시키기 위해서는 물의 함량을 적게, 즉 석탄의 농도를 증가시키는 것이 중요하다. 일반적인 CWM 규격으로는 석탄농도 65% 이상이 바람직한 것으로 보고되고 있다. 석탄가스화에 연료로 사용되는 CWM의 연료성상 및 미립화 정도, 제조 조건 등에 따라 많은 차이가 발생한다. 본 실험에서는 1.0T/D급 습식 분류층가스화기에서 이용할 CWM의 제조를 위하여 소형 믹서를 이용하여 석탄의 농도에 따른 점도 변화와 석탄의 분쇄입자 크기에 따른 점도 변화, 계면활성제와 첨가제의 농도에 따른 점도 특성을 실험하였다.

저급 연료원인 오일샌드는 아스팔트와 같은 중질유를 10% 이상 함유한 모래 또는 사암으로서, 겉으로는 시커먼 흙이나 모래처럼 보이나 내부에는 bitumen, 모래(점토) 및 물 등이 광물질 70~80%, bitumen 10~18%, 물 3~5% 정도의 비율로 혼합되어 있는데, 가열 또는 용매 추출 방식으로 오일샌드에 포함되어 있는 bitumen을 분리하여 정제하면 원유를 생산할 수 있으므로 고유가 시대의 대체에너지원으로 세계적인 석유회사들이 개발을 진행하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 저급 연료원인 오일샌드 bitumen의 활용기술 개발을 위하여 기초특성 분석 결과 bitumen과 가장 유사한 특성을 가지는 것으로 파악된 중질잔사유를 대상으로 가스화를 통한 액체연료 전환을 위해 고점도 시료공급장치, 가스화기, 집진장치, 탈황장치, 수성가스 전환장치, 합성가스 압축장치, DME 전환장치 등으로 구성되는 시스템을 구축한 후 시험을 진행하였다.

석유의 고갈과 고유가 시대에 직면한 현재 전 세계적으로 매장량이 풍부하고 안정적으로 공급이 가능한 석탄 활용에 대한 관심이 급격히 증가하고 있다. 석탄의 활용 분야 중 석탄 가스화(Coal gasifier)에서 유도된 합성가스를 이용하여 합성천연가스(SNG) 생산을 할 수 있는 메탄화(Methanation) 공정에서는 대부분 Ni계열 촉매를 사용하고 있는데, 촉매를 설계하는 관점에서 담체(Support), 조촉매(Promoter), Ni의 함량 등과 같은 설계 변수에 따라 촉매의 활성과 함께 메탄 수율이 결정된다. 본 연구에서는 다양한 담체상에 Ni를 담지 하여 20bar 압력에서 SNG 반응에 높은 활성을 보일 수 있는 촉매를 확보하고자 실험을 수행하였으며, 그 결과 $NiO/SiO_2-Al_2O_3$ 촉매가 가장 우수한 활성을 보이는 것을 알 수 있었다. 또한 $NiO/SiO_2-Al_2O_3$ 상에 Cerium, Ferric oxide 조촉매를 첨가하여 SNG 반응 활성 평가를 수행하였다.

The solid oxide fuel cell (SOFC) has attracted great deal of attention due to its high electrical efficiency, high waste-heat utilization, fuel flexibility, and application versatility. However, SOFC technology is still not matured enough to fulfill the practical requirements for commercialization. Therefore, all the research and development activities are mainly focused on a development of practically viable SOFCs with higher performance and better reliability. We were successful in fabricating high-performance anode-supported unit cells by employing hierarchically controlled multi-layered electrodes for both structural reliability and high performance. In addition, a novel composite sealing gasket made it possible to achieve excellent sealing integrity even with considerable surface irregularities in a multi-cell planar arrayed stack.

Fuel Cell cogeneration system is a promising technology for generating electricity and heat with high efficiency of low pollutant emission. We have been developed 5kW class fuel cell cogeneration system for commercial and residential application. The fuel processor is a crucial part of producing hydrogen from the fossil fuels such as LNG and LPG. The 5kW class high efficiency fuel processor consists of steam reformer, CO shift converter, CO preferential oxidation(PrOx) reactor, burner and heat exchanger. The one-stage CO shift converter process using a metal oxide catalyst was adopted. The efficiency of 5 kW class fuel processor shows 75% based on LHV. In addition, for the purpose of continuous operation with load fluctuations in the commercial system for residential use, load change of fuel processor was tested. Efficiency of 30%, 50%, 70% and 100% load shows 75%, 75%, 73% and 72%(LHV), respectively. Also, during the load change conditions, the product gas composition was stable and the outlet CO concentration was below 5 ppm. The Fuel processor operation was carried out in residential fuel cell cogeneration system with fuel cell stack under dynamic conditions. The 5kW class fuel processor have been evaluated for long-term durability and reliability test including with improvement in optimal operation logic.

The impurities in the methanol fuel that is used for direct methanol fuel cell (DMFC) could greatly affect the performance of membrane electrode assemblies (MEA). The most common impurities in the commercial methanol fuel are mainly ethanol, acetone, acetaldehyde, or ammonia. In this study, the effect of impurities in methanol fuel was investigated on the performance of MEA. The MEA for DMFC were prepared using a semi-automatic bar-coating machine, which can prepare the catalyst layer with uniform thickness for MEA. As a result, a single cell supplied with one of the 6 different kinds of methanol fuels showed a significant degradation of the fuel cell performance. The most common impurities in the commercial methanol fuel is mainly ethanol, acetone, acetaldehyde, or ammonia. The effects of the kind and the concentration of impurities in the methanol fuels were investigated on the performance of MEA for DMFC. We will propose the optimum compositions and limit concentration of impurities in methanol fuel for high performance of MEA for DMFC.

Generally, a coolant of the nuclear power plant is manufactured by electrolyzing the sea water near the plant for making the sodium hypochlorite(NaOCl), which is used for sterilizing the bacteria and the shellfishes sticking to the drains or the pumps at the outlet of the cooling system due to $8-10^{\circ}C$ warmer temperature than the inlet sea water. During manufacturing the sodium hypochlorite, the hydrogen with the high purity is also produced at the anode side of the electrolyzer. This paper describes a novel power plant system combined with the polymer electrolyte membrane(PEM) fuel cell, the wasted hydrogen from the sea water electrolyzer and the wasted heat of the nuclear power plant. The present status over the exhausted hydrogen at twenty nuclear power plants in Korea was investigated in this study, from which an available power generation is estimated. Furthermore, the economic feasibility of the PEM fuel cell power plant is also evaluated by a current regulations over the power production and exchange using a renewable energy shown in Korea Power Exchange(KRX).

A high efficiency polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell stack was developed for pressurized pure hydrogen and oxygen supplying conditions. The design objective for the cell stack was to maximize the electric efficiency and to minimize exhaust-gas emissions from it simultaneously. To achieve this objective, the cell stack was designed to use pure hydrogen and oxygen as fuel and oxidant, respectively, and to be operated under high gas inlet pressures and in a stage-wise dead-end operation mode. Major components constituting the cell stack, such as membrane electrode assembly, bipolar-plate, and gasket, have been developed to meet a target durability even in severe operating conditions: high gas inlet pressures and usage of pure oxygen. A high-power fuel cell stack was assembled using these components to verify the performance. The cell stack showed a good performance in terms of the efficiency and maximum power output.

In this paper, both theoretical and experimental investigations have been performed to examine the effects of key operating parameters on the cell performance of a DMFCs (i.e., methanol feed concentration and operating temperature). For experiment, the membrane electrode assemblies (MEAs) were prepared using a conventional MEA fabrication method based on a catalyst coated electrode (CCE) and tested under various cell temperatures and methanol feed concentrations. The polarization curve measurements were conducted using in-house-made $25cm^2$ MEAs. The voltage-current density data were collected under three different cell temperatures ($50^{\circ}C$, $60^{\circ}C$, and $70^{\circ}C$) and four different methanol feed concentrations (1 M, 2 M, 3 M, and 4 M). The experimental data indicate that the measured I-V curves are significantly altered, depending on these conditions. On the other hand, previously developed one-dimensional, two-phase DMFC model is simulated under the same operating conditions used in the experiments. The model predictions compare well with the experimental data over a wide range of these operating conditions, which demonstrates the validity and accuracy of the present DMFC model. Furthermore, both simulation and experimental results exhibit the strong influences of methanol and water crossover rates through the membrane on DMFC performance and I-V curve characteristics.

In direct methanol fuel cells(DMFCs), it is well known that methanol crossover severely reduces the cell performance and the cell efficiency. There are a number of design and operating parameters that influence the methanol crossover. This indicates that a DMFC demands a high degree of optimization. For the successful design and operation of a DMFC system, a better understanding of methanol crossover phenomena is essential. The main objective of this study is to examine methanol-crossover phenomena in DMFCs. In this study, 1D DMFC model previously developed by Ko et al. is used. The simulation results were compared with methanol-crossover data that were measured by Eccarius et al. The numerical predictions agree well with the methanol crossover data and the model successfully captures key experimental trends.

The "grafting from" technology to prepare the well-defined microphase-separated structure of polymer using atom transfer radical polymerization (ATRP) will be introduced in this presentation. Various amphiphilic comb copolymers were synthesized through this approach using poly (vinylidene fluoride) (PVDF), poly (vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene) (P(VDF-co-CTFE) and poly(vinyl chloride) (PVC) as a macroinitiator. Hydrophilic side chains such as poly (styrene sulfonic acid) (PSSA) or poly (sulfopropyl methacrylate) (PSPMA) were grafted from the mains chains using direct initiation of the chlorine atoms. The structure of mass transport channels has been controlled and fixed by crosslinking the hydrophobic domains, which also provides the greater mechanical properties of membranes. Successful synthesis and microphase-separated structure of the polymer were confirmed by $^1H$ NMR, FT-IR spectroscopy and TEM. The grafted/crosslinked membranes exhibited good mechanical properties (400 MPa of Young's modulus) and high thermal stability (up to $300^{\circ}C$), as determined by a universal testing machine (UTM) and TGA, respectively.

고체산화물연료전지는 고효율 및 무공해의 전기화학 에너지 변환장치로서, 최근 국내외에서 활발한 연구개발이 수행되고 있다. 특히, 고체산화물 연료전지 시스템의 조기 상용화를 위해 시스템의 작동온도를 약 $800^{\circ}C$ 이하로 낮추고 저가로 생산 할 수 있는 제조공정 개발에 대한 연구를 적극적으로 수행하고 있다. 본 연구에서는 고체산화물연료전지의 단위셀를 구성하는 연료극지지체 및 박막 전해질에 대해서 저가 양산의 테이프케스팅법 및 동시소성 공정, 그리고 연료극 지지체 전해질(anode-supported electrolyte)에 대한 공기극 페이스트 프린팅 제조공정에 대해 소개한다. 또한 고체산 화물연료전지의 제조공정 및 시간을 단축하기 위해 방전플라즈마 소결공법(SPS)에 의한 연료극 지지체 제조 공정, 단위셀의 성능 최적화를 위한 나노 스케일의 고성능 전해질 소재 분말합성 공정(crystallite size: 5~10nm, surface area : $100m^2/g$ 이상) 그리고 테이프케스팅에 의한 박막 전해질 제조 공정(thin film : $10{\mu}m$ 이하) 등 주요 단위셀 소재 및 부품의 제조공정 특성 그리고 단위셀의 전기화학적 특성(max. power density : 1.0 W/$cm^2$)에 대해 소개하며, 최종적으로 평판형 대면적 고체산화물연료전지(max. $20cm{\times}15cm$)의 단위셀 상용화 제조 기술 및 성능평가 기술에 대해서도 소개 할 예정이다.

우리나라는 기후변화 대응을 준비하기위해 2008년도에 수립한'국가에너지기본계획(2008-2030)'에 따라 2030년까지 신재생에너지 비중을 2.4%에서 11%까지 달성을 목표로 정하고 신재생에너지 분야를 성장시키기 위해 국가기술개발 및 산업화 전략을 수립해 추진하고 있다. 이에 발맞추어 건물용 연료전지시스템의 경우, 2006년도부터 1kW급 가정용 연료전지시스템 모니터링 사업의 일환으로 3년간 210대가 도시가스사 및 지자체 등을 중심으로 설치되어 운전되어지고 있다. 특히, 2010년부터 시범보급사업이 추진되어 올해 200대를 시작으로 2011년에 300대, 2012년에 500대가 일반가정에 보급되어질 예정이다. 하지만 현재 6천만원인 연료전지시스템 가격을 실제 보급가능한 가격인 5백만원 이하로 저감시키는 것이 현 시점에서 가장 시급한 문제로 대두되어지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 그린홈 보급확대를 위한 건물용 연료전지의 보조기기인 블로워의 가격저감을 위한 연구의 일환으로 블로워의 안전성능 평가방법을 개발하여 보조기기의 가격저감 및 안전성을 확보하고자 한다. 1kW급 건물용 연료전지시스템의 여러 블로워 중 도시가스용 연료승압 블로워, 선택산화 공기 블로워, 버너 공기 블로워 및 캐소드 공기 블로워의 안전성능 평가방법을 제시함으로서, 국내 블로워 제조사의 설계방향을 제시하고 연료전지시스템의 안전성을 확인하고자 한다. 특히, 내구성, 기밀, 가혹조건시험 및 소음, 진동, 습도, 온도와 같은 내주위환경시험 등의 평가결과를 제조사에 feedback하여 안전성능 개선에 이바지하고자 한다.

본 연구는 세라믹 연결재로 사용되는 Perovskite 구조의 LYSMO조성의 실제 SOFC stack적용을 위한 소결온도 제어방법에 관해 연구하였다. SOFC 단전지에서 IC소재는 $1300{\sim}{\cdot}1400^{\circ}C$의 온도에서 소결이 이루어져만 하나 현재 연구발표된 IC는 대부분이 $1500^{\circ}C$ 이상에서 소결이 되므로 실제 stack적용에 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기위해 IC소재에 소결조제를 첨가하여 소결온도를 제어코자 하였다. 실험결과 $MgB_6$와 $LaB_6$등의 불화물계의 첨가가 세라믹 연결재의 소결온도 감소에 효과적인 것으로 나타났다. 소결조제의 첨가는 소결온도의 감소를 이끌었지만 열팽창 계수에는 큰 영향을 끼치지는 않았다. 하지만 전기적 특성은 큰 폭으로 감소하여 전기전도도 개선을 위한 다른 방안이 필요함을 확인할 수 있었다.

For stationary 1kW-class fuel cell systems to be used widely, it is essential to achieve dramatic improvements in system durability as well as cost reduction. In order to address this engineering challenge, it is important to develop innovative technologies associated with BOP components. According to this background, in 2009, the Korean Government and "Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning(KETEP)" launched into the strategic development project of BOP technology for practical applications and commercializations of stationary fuel cell systems, named "Technology Development on Cost Reduction of BOP Components for 1kW Stationary Fuel Cell Systems to Promote Green-Home Dissemination Project". The objectives of this project are to develop fundamental technologies to meet these requirements, and to improve the performance and functionality of BOP components with reasonable price. The project consortium consists of Korea's leading fuel cell system manufacturers, BOP component manufacturers which technologically specialized, and several research institutions. This paper is to provide a summary of the project, as well as the achievements made through the 1st period of the project(2009~2010). Several prototypes of BOPs - Cathode air blowers, burner air blowers, preferential oxidation air blowers, fuel blowers, cooling water pumps, reformer water pumps, heat recovery pumps, mass flow meters, valves and power conditioning systems - had been developed through this project in 2010. As results of this project, it is expected that a technological breakthrough of these BOP components will result in a substantial system cost reduction.

Since the commencement of the fuel cell business in 2007, POSCO POWER has been the major supplier of the MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell), which is the most commercialized stationary fuel cell system in the world. With its quite, yet active movement, more than 20MW MCFC systems have been installed and are operating in Korea. While trying to localize the components and set up a firm supply chain in Korea to provide more reliable and cost-competitive products to its customers, POSCO POWER is also devoting itself to developing new MCFC application products. One such product is a back-up power system, in which a back-up algorithm is embedded to the present system so that the product can work as a back-up generator in case of grid failure. The technology to enhance load following capability of a stack module is also being developed with the back-up algorithm. Another example is a building application, the goal being to make the present Sub-MW product suitable for urban area. For this, downsizing and modularization are the main R&D scope. The project for developing ship service fuel cell for APU application will launch soon as well. In the project, a system which can operate in marine environment, and reforming technology for liquid logistic fuel will be developed.

AEM which were used for solid alkaline fuel cell(SAFC) were prepared by photo polymerization in method pore-filling with various quaternary ammonium cationic monomers and crosslinkers without an amination process. Their specific thermal and chemical properties were characterized through various analyses and the physico-chemical properties of the prepared electrolyte membranes such as swelling behavior, ion exchange capacity and ionic conductivity were also investigated in correlation with the electrolyte composition. The polymer electrolyte membranes prepared in this study have a very wide hydroxyl ion conductivity range of 0.01 - 0.45S/cm depending on the composition ratio of the electrolyte monomer and crosslinking agent used for polymerization. However, the hydroxyl ion conductivity of the membranes was relatively higher at the whole cases than those of commercial products such as A201 membrane of Tokuyama. These pore-filling membranes have also excellent properties such as smaller dimensional affects when swollen in solvents, higher mechanical strength, lowest electrolyte crossover through the membranes, and easier preparation process compared of traditional cast membranes. The prepared membranes were then applied to solid alkaline fuel cell and it was found comparable fuel cell performance to A201 membrane of Tokuyama.

분리판(Bipolar plate)은 MEA 및 GDL의 구조적지지, 연료와 산화제를 공급해 주는 통로역할, 발생한 전류의 수집 및 전달, 그리고 반응 생성물의 수송 및 제거 등의 다양한 역할을 한다. PEMFC 및 DMFC의 분리판에 주로 사용되고 있는 재질은 Graphite 및 금속 물질이다. Graphite는 내부식성이 좋고 가벼워 현재 가장 많이 사용되고 있지만, 가공이 어렵고 깨질 위험이 있으며 두껍고 비교적 값이 비싸다. 금속은 가공성이 좋고 높은 전기 전도도를 가지며 가격이 저렴한 반면, 내부식성이 좋지 않은 단점이 있다. 연료전지를 실용화하는데 있어 중요한 문제 중 하나는 전지 성능의 수명과 경제성이며, 위와 같은 Graphite와 금속의 특성으로 인하여, Graphite 분리판을 금속 분리판으로 대체하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 원가절감을 위한 대량생산공정 중 하나인 염욕질화공정의 도입 및 적용을 위한 목적으로, 다양한 처리조건에 의해서 금속 표면을 처리하였으며, 표면처리된 금속은 부식특성, 접촉저항, 및 내구성 등을 평가하고 이를 통하여 금속계 분리판 적용성에 대해 알아보고자 한다.

한전 전력연구원에서는 2009년 12월부터 125 kW급 용융탄산염 연료전지 발전시스템의 성능평가를 위한 운전이 진행되고 있다. 현재 진행 중인 "250 kW급 열병합 용융탄산염 연료전지 Proto Type개발" 과제의 최종시작품인 250 kW급 발전시스템은 125 kW급 MCFC 스택 2기로 설계되어, 125 kW급 시스템의 시험운전은 매우 중요한 기술적 성과가 될 것이다. 현재 125 kW급 MCFC 스택은 10,000 $cm^2$의 유효전극면적을 갖는 단위전지들로 구성되었으며, 적층 스택의 온도 및 농도분포의 최적화를 위해 내부 매니폴드 및 Co-flow Type 열교환기 기반의 분리판을 개발 적용하였다. 연료극의 전극 구성은 Ni-Al alloy로, 공기극의 전극 구성은 Lithiated-NiO로 이루어졌다. 그리고 매트릭스는 ${\alpha}-LiAlO_2$로 제작되었고, 전해질은 Li과 K Carbonate가 68 : 32 비율로 섞인 용융염을 사용하였다. 본 125 kW급 용융탄산염 연료전지 시스템의 운전평가는 고적층 스택의 온도 및 농도 분포를 확인하고, 최적화된 스택 운전 조건을 도출하는 것을 그 목적으로 하고 있다. 125kW급 스택 1기의 규모의 주변기기 시스템은 외부개질기, 촉매연소기, 이젝터, 고온순환 블로어 및 공기블로어 등으로 이루어져 있다. 고온형 연료전지 시스템에서 연료극과 공기극의 균일한 온도 및 압력 확보는 매우 중요하며, 이를 위하여 외부개질기 및 촉매연소기 연동을 통한 온도편차를 최소화하고, 기존 고온용 순환 블로어 대신 이젝터를 개발 도입하여 압력균형을 조절하였다. 125kW급 MCFC 시스템은 2009년 12월부터 전처리 운전을 시작하여 2010년 1월 말부터 PCS로 전기를 생산하고 있다. 평균전압 0.83V에서 100kW의 출력을 기록하였으며, 피크부하 120 kW, 누적출력량 30 MWh를 초과달성하였다.

고분자연료전지(PEMFC)에서 기체확산층(GDL)은 다공성의 카본 종이/천 위에 마이크로한 다공층을 가치는 구조로 촉매층을 지지하고 촉매층과 분리판 사이의 전류전도체 역할을 한다. 또한 촉매층에 연료와 공기 확산 및 생성된 물의 통로 역할을 하며 소수성인 전기전도성 물질로 이루어져 있다. 현재 연료전지에 쓰이는 가스확산층은 대부분 국외 회사에서 제조 수입 사용하는 현황이고 국내에서는 협진 I&C가 연구하고 있으나 상용화는 아직 이루어지지 않고 있다. 본 연구는 탄소섬유의 전도성을 개선하고자 탄소섬유 표면에 금속코팅 시 최적의 접촉계면유지를 위한 표면처리 방법 및 공정을 조사 분석 후 최적 개선방법(농도/온도/압력/시간)을 설정하고자 하였다. 또한 선정된 공정인자별 수준별 시험 후 샘플링 된 시료를 토대로 금속물질이 탄소섬유 표면에 코팅(도금)된 금속-탄소섬유를 대하여 평가하여 최적화시키고자 탄소섬유로부터 carbon paper GDL의 모재를 개발할 계획이다. 앞에서 설명한 바와 같이 탄소섬유를 이용하여 paper making, resin impregnation, molding, carbonization/graphitization의 제조공정을 거쳐 paper형태의 GDL을 생산 및 평가하고자 하였다.

SOFC 발전 시스템은 친환경 고효율 에너지 발전 미래 에너지기술로서 개발의 초점이 되고 있다. SOFC는 연료전지 발전 기술 중 최고효율과 최장 수명을 가지며 유일하게 기존 발전기술과 가격 경쟁이 가능한 것으로 알려지고 있다. 현재 분산 발전용으로 개발이 진행되고 있으며 향후 중앙발전, 휴대용, 가정용 및 수송용 등으로 그 시장이 확대될 것으로 예상된다. 분산 발전 SOFC 개발을 위해서는 시스템 Scale-up이 기술 확보가 관건이며 특히 스택 제조 비용의 2/3 이상을 차지하는 대면적 단전지 제조 공정 기술 개발이 필요하다. 단전지 대면적화는 원가 절감 및 성능 개선을 기대할 수 있게 하므로 분산 발전 SOFC 상용화를 위한 핵심 기술이라 할 수 있다. 그러나 기존의 국내 SOFC 연구는 시스템이나 소형 단전지 위주로 진행되어 왔으며 대면적 단전지 제조를 위한 핵심 공정 기술에 대한 연구는 취약한 상황이다. 또한 랩스케일의 소규모 연구를 뛰어넘는 양산 기술 개발에 대한 연구는 전무한 실정이다. 또한 재료 및 공정 적합성을 요구하는 대면적 SOFC 단전지의 양산 기술 개발을 위해서는 원료 분말 및 기초소재의 국산화를 통한 제조 공정 윈도우를 확대하여 제조 수율을 향상하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 그동안 포스코파워(주)에서 대면적 SOFC 단전지 양산 기술 개발을 위해 추진 중인 $400cm^2$급 대면적 SOFC 단전지의 제조 및 성능에 대한 연구 결과를 발표하고자 한다. 또한 대형 단전지 제조 공정의 재현성, 상용화 수준의 성능, 내구성 및 경제성 확보를 위한 공정 개선을 위한 포스코파워(주)의 연구 현황 및 양산 기술 확보를 위한 제조 윈도우 확보 전략에 대해 발표하고자 한다.

Anode off-gas of high temperature fuel cells such as MCFC still contain combustible components such as hydrogen, carbon monoxide and hydrocarbon. Thus, it's very important to fully burn anode off-gas and use the generated heat in order to increase system efficiency. In the present study, catalytic combustors have been applied to high temperature MCFC system so that the combustion of anode-off gas can be boosted up. Since the performance of catalytic combustor directly depends on the combustion catalyst, this study has been focused on the experimental investigation on the combustion characteristics of multiple commercial catalysts having different structures and compositions. In order to determine the design conditions of the catalytic combustor, parameters such as inlet temperature, space velocity and excess air ratio have been varied and optimized for combustor design. Results show that $H_2$ in off-gas assists $CH_4$ combustion in a way that it decreases minimum inlet temperature limit and increases maximum space velocity while keeping high fuel conversion efficiency.

Mesoporous tinoxide ($SnO_2$) as anode materials for Li-ion battery were prepared by hydrothermal method and templating method using SBA-15 as template. And electrochemical properties of $SnO_2$ electrode were investigated with cyclic voltammogram (CV). The morphology and structures of $SnO_2$ were characterized by transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffractometer (XRD), respectively. The specific surface area was defined by $N_2$ adsorption with BET(Brunauer-Emmett-Teller) method. As a result, the surface area of mesoporous $SnO_2$ which was made from templating method is higher than the case of using hydrothermal method. In addition, in anodic performance, mesoporous $SnO_2$ which is prepared by templating method showed higher charge-discharge capasity compared to hydrothermal method and exhibited excellent stability over the entire cycle number. It was indicated that electrochemical performances of mesoporous $SnO_2$mainly affected to the structural features, such as specific surface area and porosity.

In this work, carbon black(CBs)-embed multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) as conductive fillers for activated carbon(ACs)-based electrodes for supercapacitor were prepared by chemical reduction of oxidized MWNTs and CBs. The effect of CBs-MWNT composites on electrochemical performances of ACs-based electrodes were investigated as a function of CB-MWNT ratio. It was found that CBs-MWNTs composites were formed by the reduction reaction of the functional groups of oxidized MWNTs and CBs. It was resulted in the conjugation of CBs onto the MWNT having high surface area and aspect ratio, leading to the enhanced electrical properties of MWNTs. The electrochemical performances, such as current density, charge-discharge, and specific capacitance of the ACs/CBs-MWNT electrodes were higher than that of ACs/MWNTs and conventional ACs/CB electrodes, which was attributed to the synergistic effect of CBs-MWNTs as a conductive filler.

현재 융융탄산염 연료전지의 공기극으로 다공성의 lithiated NiO를 사용하고 있는데 이 재료의 경우 크게 두 가지의 문제점을 안고 있다. 첫 번째는 Ni이 전해질 내로 용해하는 것이고, 두 번째는 낮은 활성으로 인한 높은 공기극의 분극이다. Ni이 전해질로 용해되는 문제는 Co나 Fe를 코팅하여 공기극 표면에 $Li_x(Ni_yCo_{1-y})1-xO_2$나 $Li_x(Ni_yFe_{1-y})_{1-x}O_2$를 형성시켜 NiO의 전해질 내로 용해되는 것을 억제하는 방법이나 ZnO, MgO, $La_2O_3$ 등의 산화물을 NiO 표면에 코팅하여 전해질과 접촉을 막는 방식으로 해결하는 등 많은 연구가 이루어져 왔다. 하지만 연료극의 비해 상당히 높은 공기극의 분극으로 인해 큰 전압손실이 일어나 용융탄산염 연료전지 성능이 낮아지는 문제의 경우 이를 해결하고자 하는 연구는 상대적으로 많이 진행되지 못한 상태이다. 특히 현재 용융탄산염 연료전지의 장기수명화를 위해 기존의 작동온도인 $650^{\circ}C$ 보다 다소 낮은 온도인 $600{\sim}620^{\circ}C$에서 작동하려는 움직임이 있다. 작동 온도가 내려가면 전해질이 휘발되는 속도가 낮아져 전해질 부족에 따른 운전시간이 줄어드는 문제를 해결할 수 있어 장기 수명화를 위해서는 작동온도를 낮추는 것이 매우 유리하다. 하지만 작동 온도가 내려가면서 양 전극에서 일어나는 전기화학 반응 속도가 느려지기 때문에 각 전극에서의 활성화 분극으로 인한 전압손실은 더욱 커질 수밖에 없다. 특히 연료극의 수소산화반응 속도는 공기극의 산소환원반응에 비해 매우 빠르기 때문에 작동 온도가 내려감에 따라 연료극의 분극이 커지는 것에 비해 공기극의 분극이 급격히 커지게 된다. 따라서 운전온도가 낮아지는 상황에서는 낮은 작동온도에서도 성능감소가 적게 일어나 0.8V 이상 운전(150mA/$cm^2$, 단위전지 기준)이 가능한 공기극의 개발이 매우 필요한 실정이다. 이를 해결하고자 본 연구에서는 고체 산화물 연료전지의 공기극의 재료로 많이 연구되고 있는 혼합전도성 물질의 페로브스카이트 구조의 물질을 기존 NiO 전극에 코팅하여 새로운 공기극을 개발하였다. 페로브스카이트 구조의 물질로 대표적인 LSCF 물질을 사용하였으며 LSCF를 코팅한 공기극을 이용한 단위전지에서 150mA/$cm^2$의 전류를 흘려주었을 때 0.84V의 성능을 1000hr 유지하였다. 이는 기존의 NiO 전극을 사용했을 때보다 15~20mV 높은 값이다. 낮은 작동온도에서도 좋은 성능을 보였는데, 기존의 NiO 전극의 경우 $630^{\circ}C$에서 0.79V의 성능을 보인 반면 LSCF가 코팅된 공기극의 경우 $620^{\circ}C$에서 0.811V의 매우 좋은 성능을 보였다. 이는 LSCF의 산소이온전도성 및 전기전도성이 공기극에서의 분극을 낮추어 성능을 증가시키는 것으로 보인다.

최근 고온에서 사용 가능한 PEMFC용 고분자전해질 막 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. PEMFC가 고온에서 작동하게 되면 높은 성능과 많은 장점을 갖게 된다. PEMFC를 $100^{\circ}C$ 이상에서 운전하게 될 경우 백금 전극 반응을 향상시켜 고가의 백금 촉매 양을 줄일 수 있게 되고, 수소연료 속에 미량 포함된 CO에 의한 촉매표면 피독현상에 대한 내구성을 높일 수 있어 저 순도 수소연료 사용이 가능해 진다. 또한 가습장치와 수소 연료 개질장치의 부피를 줄일 수 있게 되어 전체적인 PEMFC 시스템이 단순화 된다. 현재 연료전지용 고분자 전해질막으로 DuPont사의 과-불소계 고분자 전해질막인 Nafion$^{(R)}$이 가장 널리 사용되고 있다. Nafion$^{(R)}$은 유연한 분자구조 안에 소수성이 강한 주사슬과 친수성을 나타내는 술폰산이 결합된 곁사슬이 존재하여 술폰화 곁사슬의 클러스터 둘레에는 친수성 영역이 형성이 되기때문에 소수/친수 상 분리가 잘되어 이온 클러스터 형성이 용이하지만 제조비용이 높은 단점을 갖고 있다. 특히, 전해질 막내에서 Bronsted base 역할을 하는 물에 의해 이온전도가 이루어지기 때문에 고온에서는 수분증발로 인해 성능이 급격히 감소된다. 따라서, 본 연구에서는 고온 저가습 조건에서 운전이 가능하고 Nafion이 갖는 문제점을 해결하고자, 내열특성이 뛰어나며 높은 수소이온 전도도 학보가 용이한 Sulfonated Poly(aryl ether)sulfone(SPAES) 고분자 전해질에, 고온에서도 수화성이 유지될 수 있도록 지르코니아를 황산화한 sulfated zirconia(s-$ZrO_2$)를 함침하여 복합 고분자전해질막을 제조하여 고온 저가습 조건에서의 수소이온 전도 특성에 관한 연구를 수행하였다. 개발된 막의 물리/화학적 특성은 water content(Wup%), 이온교환 용량(IEC, meq $g^{-1}$), 수소이온전도도(s $cm^{-1}$) 열 중량 분석(TGA), X선 회절분석(XRD) 등을 통하여 분석 및 관찰하였다. 내화학 및 열적 특성분석 결과, 황산화 반응공정으로 $ZrO_2$에 술폰산기가 안정적으로 결합하고 있음이 관찰되었으며, 본 연구에서 개발된 유 무기 복합막이 $250^{\circ}C$이상 열적안정성을 확보하고 있는 것으로 판단되었다. $100^{\circ}C$ 이하의 저온 영역에서, 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES막에서 이온교환용량(IEC)이 순수 SPAES 막보다 낮음에도 불구하고, water uptake가 증가함과 동시에 수소이온 전도도가 향상된 것을 관찰하였다. 또한, 고온에서는 수소이온이 자유롭게 이동할 수 있는 water channel을 형성하는 free water는 증발 하지만 s-$ZrO_2$와 SPAES의 술폰산기 사이에 강력하게 결합하고 있는 bound Water는 $100^{\circ}C$ 이상의 고온 영역에서도 존재하여, 비록 무가습 조건에서도 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES50 전해질 막의 경우, 높은 전도도를 나타냄을 관찰할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 저가습 고온 적용을 목적으로 개발된 s-$ZrO_2$/SPAES50막은 우수한 내열 특성을 나타냄과 동시에 저가습 고온 영역($120^{\circ}C$, $50RH{\downarrow}$)에서 높은 수소이온 전도도를 유지하여, 고온 저가습 연료전지 운전에 적합할 것으로 사료된다.

Carbon nanotube(CNT) has been spotlighted as a promising candidate for catalyst support material for PEMFC (proton exchange membrane fuel cell). The considerable properties of CNT include high surface area, outstanding thermal, electrical conductivity and mechanical stability. In this study, to fully utilize the properties of CNTs, we prepared directly oriented CNT on carbon paper as a catalyst support in the cathode electrode. The CNT layer was prepared by a chemical vapor deposition(CVD) process. And the Pt particles were deposited on the CNT oriented carbon paper by impregnation and eletro-deposition method. The potential advantages of directly oriented CNT on carbon paper can include improved thermal and charge transfer through direct contact between the electrolyte and the electrode and enhanced exposure of Pt catalyst sites during the reaction.

고체산화물 연료전지(SOFC)에서 사용되는 연결재의 주 기능은 각 단위 셀의 연료극과 다음 셀의 공기극을 전기적으로 연결하여, 공기와 사용연료의 분리역할을 하기위해 사용된다. SOFC용 연결재는 다른 구성요소 소재보다 높은 전기전도성, 낮은 이온전도성이 요구되며 SOFC는 고온에서 작동되기 때문에 다른 구성 소재들과 유사한 열팽창계수와 물리, 화학적인 안정성이 요구된다. 현재 연결재 제조기술은 plasma coating, sputtering, screen printing, 전사법등 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 저렴한 비용으로 대량생산이 용이한 고상반응법을 적용하여 세라믹연결재를 제조하고, 그 특성을 연구하였다. 세라믹 연결재로서 선정한 합성조성은 $(La_{0.7}Ca_{0.3})(Cr_{0.9}Co_{0.1})O_3$로 SOFC 작동온도에서 높은 전기전도도를 나타낸다. LCCO 연결재를 1300, 1400 및 $1500^{\circ}C$에서 합성을 진행하였을 때 출발원료로 $CaCO_3$를 $CaF_2$로 대체하였을 때의 소결특성을 평가하였고, SEM과 XRD분석을 통하여 균질하고 결정성이 우수한 분말이 합성된 것을 확인하였고 DC impedance analyzer를 사용하여 전기전도도를 측정하였다. TMA를 사용하여 열팽창계수를 측정한 결과 YSZ(${\sim}10.8{\times}10^{-6}/^{\circ}C$)와 동일한 값을 나타내었다.

고전도성 세라믹 연결재용 $La_{0.8}Sr_{0.2}Cr_{1-x}Ti_xO_3$ (X=0.1 and 0.2) 연결재 재료의 소결도와 전기전도도에 대해서 연구하였다. 이러한 목적으로 $LaCrO_3$, $La_{0.8}Sr_{0.2}Cr_{0.8}Ti_{0.2}O_3$ (LSCT82), $La_{0.8}Sr_{0.2}Cr_{0.9}Ti_{0.1}O_3$ (LSCT91) 분말들을 공침법을 통해 합성하였으며, 결정구조는 X-ray Diffraction(XRD)를 통해 확인하였다. 소결 특성은 주사 전자현미경을 통해 분석하였고 전기 전도도는 직렬 4-단자 법으로 측정하였다. 상대 밀도 분석으로부터 도핑된 $LaCrO_3$는 $LaCrO_3$보다 더 높은 소결성을 나타내었고, 입자 크기가 작을수록 소결성이 향상하는 것을 확인 할 수 있었다. 다양한 소결온도에서 얻은 LSC, LSTC 시편들의 XRD 결과는 LSC와 LSTC의 소결성이 2차상의 상전이와 밀접한 관련이 있다는 사실을 나타내었다. 다시 말해, LSTC는 $1300^{\circ}$이상 LSC는 $1400^{\circ}C$ 이상에서 2차상이 융해됨으로써 소결성을 현저하게 향상시킨다는 것을 알 수 있었다. 그리고 비슷한 상대밀도를 가진 LSC와 LSTC의 전기 전도도를 비교 측정한 결과, LSTC가 LSC보다 더 높은 전기 전도도를 나타낸다는 것을 알 수 있었다.

SOFC cell 하나의 전위차는 약1.1V이기 때문에 발전용으로 사용하기 위해서는 수많은 단전지를 직렬로 연결하는 구조가 필요하다. 이러한 stack의 디자인에서 발생하는 문제를 획기적으로 개선한 형태가 하나의 지지체에 셀을 직렬로 연결함으로 전극의 선폭 및 단위 셀 간의 간격이 기존 평판형, 원통형에 비해 대폭 축소되어 전극 및 연결재의 저항손실을 최소화할 수 있는 Segmented형 SOFC이다. Segmented SOFC에 적용하기 위한 세라믹 다공성 지지체는 연료와 공기에서의 화학적 안정성, 셀의 구성소재와 반응이 없으며 열팽창계수가 유사해야하는 특성을 가져야하는데 그 중에서도 지지체로써 적절한 기계적 강도와 높은 가스투과도가 요구되어진다. 본 연구에서는 고온에서 안정한 Spinel의 MgAl2O4를 주성분으로 하는 다공성 지지체를 압출 성형하여 평관형으로 제조하였으며 활성탄을 기공형성제로 사용하여 연료의 공급이 원활하도록 약 30%의 기공율을 가지는 다공성 세라믹 지지체를 제조하였다. 제조된 세라믹 지지체에 연료극(NiO/YSZ), 전해질(TZ8Y), 공기극(LSM)을 코팅하여 실제 SOFC에 적용이 가능함을 확인하였다.

본 연구는 스테인리스 스틸(STS)을 직접메탄올 연료전지(DMFC)용 바이폴라 플레이트에 적용하기 위한 것이다. 약산성의 연료전지 환경에서 부식저항성을 향상시키고자 오스테나이트계 STS 316L과 페라이트계 STS 430에 UBM(unbalanced magnetron) DC sputter로 CrN 코팅막을 제작하였다. CrN이 코팅된 스테인리스 스틸은 부식특성, 접촉 저항 및 접촉각 등을 측정하여 무 코팅의 스테인리스 스틸과 특성을 비교하였다. 그리고 이들 재료의 연료전지(DMFC) 적용 가능성을 알아보기 위하여 단위전지로 제작하여 연료전지 성능 등을 측정하고 평가하였다. 무 코팅 스테인리스 스틸(STS 316L, STS 430)과 CrN 코팅 스테인리스 스틸의 부식저항 특성은 동전위와 정전위 실험으로 조사하였다. 동전위 부식 실험은 -0.4~1.0 V로 0.001 M의 황산용액 또는 메탄올을 첨가하여 질소 또는 공기의 환경에서 실험을 실시하였으며, 정전위 부식 실험은 0.4 V 또는 0.6 V에서 진행하였다. 연료전지의 단전지 측정은 실제 DMFC의 운전조건에서 실시하였다. 부식실험과 단전지 실험 전/후 메탈 바이폴라 플레이트의 조직 변화는 SEM을 통해 관찰하였고, 부식산화물의 화학적 조성과 메탈 바이폴라의 표면은 EDS를 이용하여 측정하였다.

직접메탄올 연료전지는 액체 메탄올 저장의 이점을 가지고 있어 이동형 전원 등의 응용에 적합하며, 최근 군사용 통신 전원이나 노트북용 전원으로 사용하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 그러나 연료전지 스스로는 초기 기동을 할 수 없고 부하의 응답 특성에 빠르게 대응하기 어렵다. 따라서 연료전지와 배터리를 하이브리드로 구성하면 이러한 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 연료전지에 대한 부하가 안정되어 수명 연장에도 긍정적인 효과를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 직접메탄올 연료전지와 리튬 이차전지를 연계하여 하이브리드 시스템을 구성하고자한다. 시뮬레이션을 통해 채널 형상에 따른 유동 및 차압을 해석하였으며, Single Cell, Short Stack 및 Stack의 특성을 평가하였다. 또한 하이브리드 시스템은 연료전지 스택, 연료전지 운전 장치, 리튬 이차전지, BMS, PCM, DC/DC Converter 등을 구성하여 시스템의 특성 등을 관찰하고자한다.

Scandium-doped zirconium, ScSZ-based electrolyte, provides higher oxygen conductivity than YSZ and nano-based electrolyte materials are ideal for fabricating thin film electrolyte membrane of SOFC unit cell. Moreover, it may be applied to anode and cathode as well as electrolyte as ionic conductor. In this report, nano-based ScSZ-based electrolyte powder was prepared by co-precipitation synthesis. 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 and co-firing using the synthesized ScSZ-based powders, 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. Electrochemical evaluations of the SOFC unit cell, including measurements such as power density and impedance, were performed and analyzed.

고분자 전해질막 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell; PEMFC)는 수소를 이용하여 전기를 발생시키는 친환경적이고 이상적인 발전장치로 고효율과 높은 전류밀도를 가지며 그 응용분야가 다양하다. 저온에서 작동하는 PEM fuel cell은 전극에서 효과적인 산화환원반응을 위해 그 촉매로 활성이 우수한 Pt(Platinum)을 사용하고 있으나, Pt의 높은 가격은 연료전지의 상용화에 걸림돌이 되고 있다. 본 연구에서는 연료전지의 Pt/C 촉매 층에서 Pt의 분산성을 높여 Pt의 담지량을 줄이고 작동 중 발생하는 Pt의 응집 현상을 방지하여 Pt의 수명을 연장시킬 목적으로, Au(gold) 나노입자를 첨가한 Pt-Au/C 복합나노촉매를 제조하였다. 본 발표에서는 합성된 Pt-Au/C 복합촉매 중 Au 첨가량이 Pt 촉매의 활성에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 복합촉매 중에 금속(Pt+Au)의 총 함량이 30 wt.%와 40 wt.% 인 Pt-Au/C 촉매에 대하여 각각 Au 첨가량을 변화시켜, cyclic voltammetry 법에 의해 Au 첨가 효과를 조사한 결과에 대하여 보고하고자 한다. Au 나노입자를 제조하기 위한 출발 물질로는 $HAuCl_4{\cdot}4H_2O$를 이용하였고 trisodium citrate와 $NaBH_4$를 환원제로 하여, 입경이 5~8 nm 인 Au 콜로이드를 제조하였다. Pt-Au/C 복합나노촉매를 제조하기 위하여 먼저 Au/C 복합분체가 제조되었다. 0.03g의 carbon이 첨가된 carbon 현탁액에 합성된 Au 콜로이드 수용액을 첨가한 후 24시간 동안 교반하여 Au/C 복합분체를 제조하였다. 이 Au/C 복합분체에 $H_2PtCl_6{\cdot}6H_2O$ 수용액을 현탁하고 methanol 을 환원제로 사용해 Pt를 환원 석출시켜 Pt-Au/C 복합촉매를 제조하였다. Pt-Au/C 복합 나노촉매에서 Pt와 Au를 다양한 비율(3:1, 2.5:1.5, 2:2)로 합성하였으며 Pt-Au/C 복합촉매 중 금속(Pt+Au) 촉매의 총 함량은 30 wt.%와 40 wt.%로 각각 제조되었다. Au 나노입자 콜로이드의 분산성은 UV-visible spectrum의 흡광도에 의해 관찰되었고, Pt-Au/C 복합 나노촉매의 형상 및 분산성 분석은 transmission electron microscopy(TEM)에 의해 이루어졌다. 또한, 촉매의 전기화학적 특성평가는 cyclic voltammetry(CV)에 의해 조사되었다.

Therefore, with this development assignment we'd like to develop the hybrid system combining 800W DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) and 1.6kW of Lithium secondary battery pack which can be applied to the most common small cart. a scooter, to secure the development capability of hundreds of Watts DMFC, the high-capacity Lithium secondary battery pack, the technology of BMS (Battery Management System) and the development technology of hybrid system. DMFC, in fact, has lower energy efficiency than PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell); however, it has several advantages in terms of fuel storage and use. It is pretty easy to be stored and used without any additional colling and heating devices because of its insensitive liquid methanol to temperature. In conclusion, DMFC system is the most suitable device for small mobile vehicles.

현재의 세계 자동차 시장은 석유 자원의 고갈과 전자화로 높은 연비의 기술적 성숙을 요구하고 있으며, 이는 미래 자동차 기술의 전동화를 가속시키고 있음에 따라 종래 엔진부하로 사용되는 시스템 및 유압시스템의 전동화 기술추이가 지속적으로 증가하고 있다. 이중 엔진 부하 메커니즘의 하나인 엔진 쿨링 팬 분야는 소비용량이 크고, 고 연비증감 기술증진의 전동화에 따른 차량 성능개선의 효과가 높아 실용 전동화 용의성에 의해 새로운 최우선 차량 전동부하로 나타나고 있다. 특히, 대형 차량(버스, 트럭)의 엔진 Cooling Fan 시스템은 차량 연비저감의 주요원 중에 하나로 대두되고 있으며, 도시 소음의 주된 요인이 되고 있어 전동화 기술개발의 필요성이 매우 높다. 전동 Cooling Fan 시스템은 종래 엔진 구동형 시스템에 비하여 엔진부하를 감소시킬 수 있고, 차량 연비향상 및 유해배출 가스를 저감시킴으로 기술적, 환경적 개발효과가 매우 높다. 본 연구에서는 쿨링팬 고출력 BLDC모터 설계제작에 관한 내용과, 최적 팬 블레이드 설계제작, 마지막으로 개발 전동 쿨링팬 성능평가에 관한 내용이 포함되어 있다.

Bipolar plate는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)에서 핵심 부품 중의 하나이고, 전해질 막이나 촉매 등에 비해서는 상대적으로 쉽게 접근할 수 있기 때문에 많은 연구가 수행되고 있다. Bipolar plate를 제조하는 기술은 크게 금속을 프레스 가공하는 방법, graphite 판을 직접 밀링하는 방법 및 고분자/카본계의 press molding 법 등 3가지로 분류되며, 본 연구에서는 3번째 방법에 의해서 bipolar plate를 대량 생산하는 방법에 대해 연구하였다. 고분자 매트릭스는 에폭시계 수지를 사용하였고, 카본계 재료는 graphite 분말과 carbon nanotube를 사용하였다. 이들 재료들을 일정한 비율로 혼합한 후 differential scanning calorimetry(DSC)를 사용하여 열분석 하였고, 그 결과를 Kissinger equation에 대입하여 경화반응 속도론을 연구하였다. 또한, 경화된 에폭시/탄소 복합재료의 전기전도도, 유리전이온도, 표면에너지 특성 등을 분석하였다.

현재 운송수단의 주 동력원으로 사용되고 있는 내연기관은 연료로 사용되는 석유로부터 온실가스가 발생하기 때문에 지구 환경악화의 주범으로 작용하기 때문에 교토 의정서에 의해 많은 제재를 받고 있으며, 이 문제를 해결하기 위해서 다양한 종류의 하이브리드 제품으로 대체하고자 하는 연구개발이 세계 각국에서 활발히 진행되고 있다. 한국은 저탄소 녹색성장이라는 기치하에 2012년 까지 2000만대의 자전거 보급과 세계3대 자전거 생산국으로 발전한다는 비전을 제시하여 향후 자전거 산업이 비약적으로 발전할 것으로 예상되고 있다. 이와 같은 비전을 달성하기 위해서는 저가이면서 출력이 크고 수명이 긴 축전지의 개발이 필수적이며, 이와 더불어 축전지의 성능 발휘를 위해서 이것을 제어할 수 있는 battery management system(BMS)의 개발도 같이 이루어져야 한다. 리튬 배터리의 성능이 우수한 것은 익히 알려진 사실이지만, 고가이기 때문에 소비자들의 부담이 적지 아니하다. 따라서 혁신적인 기술이 개발되어 저가의 배터리를 사용하기 전까지는 납축전지도 같이 사용될 것이며, 본 과제에서는 이와 같은 납 축전지의 수명을 연장시킬 수 있는 BMS를 개발하였다.

탄소복합소재 분리판의 연료전지 성능을 시험하기 위해 소형 고분자연료전지 스택을 제작하였으며 연료전지 운전에 따른 성능변화를 측정하여 탄소복합소재 분리판이 연료전지 스택의 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 자체 설계한 가스유로로 디자인된 분리판과 MEA를 적층한 스택의 초기 성능과 장기간 운전에 따른 전압 감소를 측정하였다. 또한 장시간 운전 동안 각 셀의 전압 거동도 함께 측정하였으며 비교를 위해 흑연 분리판을 이용하여 제작한 스택의 성능도 함께 시험하였다. 스택에서 각 셀의 성능은 단위전지에서의 성능과 유사하게 나타나 분리판과 스택의 구조가 셀의 성능을 충분히 보여줄 만큼 적절히 디자인된 것을 알 수 있었으며, 장시간 운전 동안 전류가 증가함에 따라 스택의 성능 감소도 점차 증가하였으며 두 종류의 스택이 유사한 성능 감소를 보여 자체 제작한 탄소복합소재 분리판이 흑연 분리판과 유사한 성능을 보임을 알 수 있었다.

최근 전력 수요의 증가와 지구 온난화 문제가 화두가 되면서 피크 전력관리와 스마트 그리드의 필요성이 강조되고 있다. 이들을 구현하기위해 반드시 필요한 것이 에너지 저장 시스템이다. 본 발표는 배터리 에너지 저장 시스템에 사용되는 능동형 셀 발란싱 기능을 갖는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다. 전력 에너지 저장용 배터리는 원하는 전압과 전력을 저장하기위해 단전지(Cell)들을 보통 수천 개가 직렬 병렬로 연결되어 구성된다. 배터리팩을 구성하는 단전지 한 개의 용량이 다른 단전지 보다 크거나 작던지 또는 한 개의 단전지에 문제가 생기면 배터리팩 전체의 성능이 저하되든가 또는 사용 할 수가 없게 된다. 따라서 배터리팩을 구성 할 때는 용량이 동일 한 단전지들을 사용한다. 에너지 저장용 배터리팩에는 수백 와트의 단전지 들이 사용되므로 에너지 저장용 배터리팩을 위한 단전지 생산에는 많은 어려움이 있다. 능동형 셀 발란싱 기술을 사용 하면 이러한 배터리팩의 문제를 해결 할 수 있어 셀 제조원가를 절감 할 수 있을 뿐만 아니라 배터리팩의 가용용량을 늘릴 수 있고 또한 배터리팩의 수명을 연장 할 수 있다.

PEMFC를 구성하는 여러 부품 중 핵심부품은 MEA(Membrane Electrode Assembly)으로서 실제 연료전지 반응이 일어나며 연료전지의 성능을 결정하는 부품이다. 그러나 PEMFC의 특성 상 촉매로 귀금속인 Pt가 사용됨에 따라 경제성이 확보된 MEA의 성능을 얻기 위해선 현재 Pt 담지량을 0.3mg/$cm^2$ 이하로 크게 감소시키면서 Pt촉매의 고분산화와 미반응 사이트의 감소가 필요하다. 본 연구에서는 Pt 촉매의 미반응 사이트를 줄이고자 전기영동법에 의해 카본전극(carbon black + GDL) 상에 Pt 나노입자를 직접 석출시켜 Pt/C 촉매 전극을 제조 하였다. 본 실험에서는 가장 좋은 Pt 나노입자의 석출거동을 나타낸 30mA/$cm^2$, pH 2, duty cycle 25% 조건을 기준으로 하여 electro-deposition time을 통한 석출량 제어와 carbon paper의 wet proofing 정도에 따른 Pt의 석출거동을 조사하였으며, 종래의 방법으로 제조한 Pt/C 촉매전극의 전기화학적 특성과 비교 분석하였다. 전기영동 석출법에 사용된 Pt나노입자는 $H_2PtCl_6{\cdot}6H_2O$로부터 화학적 환원법으로 합성한 2~3nm 입경을 갖는 Pt콜로이드를 사용하였으며, magnetic stirring과 항온 ($20^{\circ}C$)을 유지하여 실험하였다. 전기영동 석출량 제어는 electro-deposition time을 5~25분까지 5분 간격으로 나누어 실험하였고 카본전극을 구성하는 carbon paper의 wet proofing 정도가 Pt 나노입자 석출거동에 미치는 영향을 조사하기 위하여 20, 40, 60%의 서로 다른 wet proofing 값을 갖는 carbon paper를 사용하여 Pt/C 촉매 전극을 제조하였다. 전기영동법으로 석출된 카본블랙 전극 상 Pt나노입자의 분산도와 담지량는 각각 FE-SEM과 TGA 장비를 사용하여 측정하였고, 제조된 Pt/C 촉매 전극의 전기화학적 촉매 특성은 cyclic voltammetry(CV)법으로 측정하였다.

우리나라의 신재생에너지 기술개발은 2008년 '저탄소 녹색성장' 국가 비전 선포 이후 국가 에너지 R&D 전략의 중심에 자리 잡고 있다. 이미 우리의 경쟁 대상인 선진국들은 신재생에너지 기술을 중심축으로 녹색산업을 신성장 동력으로 활용하고자 국력을 집중하고 있다. 우리나라는 선진국과 비교할 때 상대적으로 신재생에너지 기술개발 후발자이다. 기술적 핸디캡을 극복하고 대등한 경쟁에 뛰어들기 위해서는 신재생에너지 기술보유 선진국과의 국제협력을 통한 시너지효과 창출이 필요하다. 이는 최고수준의 국가 및 기관들과 협력을 도모함으로써 기술개발 기간 단축은 물론 조기 기술격차 해소가 가능하기 때문이다. 이러한 국가간 상호협력을 위해서는 무엇보다 기술 분야별 선진국 수준과 우리의 수준에 대한 객관적인 분석이 필요하다. 이를 위해 주요 신재생에너지 기술들을 대상으로 심층적인 전문가 조사를 통해 전세계 주요 국가 및 관련 업체들의 기술수준 및 협력 선호 유형을 분석하였다. 이에 더해 관련 기술 시장 상황을 고려하여 기술별 국제 협력 추진 전략을 시장주도형 모델과 공동연구형 모델로 나누어 수립하였다. 수립된 전략을 바탕으로 신재생에너지 기술 국제협력 활성화를 위한 정책 추진 방향을 제시하였다.

우리나라는 "제 3차 신재생에너지 기술개발 및 이용 보급 기본계획"을 통해 2030년까지 111.5조 원을 투자하여 전체 에너지의 11%를 신재생에너지로 공급한다는 목표를 설정하였다. 그러나 신재생에너지는 기존의 원자력이나 화석에너지에 비하여 생산비용이 높아 보조나 융자 등의 정부지원에 의존하여 보급이 이루어져왔다. 신재생에너지 보급확대 및 산업발전을 위한 보급정책의 일환으로 정부는 2012년부터 RPS(Renewable Portfolio Standard, 신재생에너지 공급의 무화제도)를 도입키로 확정하였다. RPS의 도입은 일정규모 신재생에너지 시장수요를 창출함과 동시에 신재생에너지원간 가격경쟁 구도 형성의 유인이 될 수 있다. 이는 전력가격 일괄상승 및 녹색가격제도(Green Pricing) 등의 정책적 논의로 이어질 수 있다. 따라서 소비자 측면에서 신재생에너지 전력의 가치를 어떻게 평가하는지를 분석하여 RPS 시행제반의 정책적 논의의 기초자료를 마련할 필요가 있다. 특히 RPS는 신재생에너지원 간의 경쟁을 가능하게 하므로 개별 신재생에너지원에 따라 소비자 선호의 차이가 어떻게 나타나는지 연구되어야 한다. 이에 본 연구는 환경재 혹은 비시장재화의 가치추정에 가장 널리 활용되고 있는 조건부가치평가법(Contingent Valuation Method; CVM)을 적용하여 풍력, 태양광, 수력으로 생산한 전력에 대한 소비자의 지불의사액(Willingness to Pay; WTP)을 분석하는 모형을 수립하였다. 이를 위해 Zografakis et al.(2010), Yoo and Kwak(2009), 이창훈 황석준(2009), Nomura and Akai(2004), Bately et al.(2001) 등의 선행연구를 참조하여 신재생에너지 전력 가치의 설문에서 고려되어야 하는 요인들을 선정하였다. 이를 토대로 설문 시나리오를 작성하여 각 요인들이 신재생에너지 전력에 대한 지불의사액 결정에 어떠한 영향을 미치는지 분석가능한 모형을 설정하였다. 뿐만 아니라 기존 연구들이 신재생에너지로 생산된 일반적인 전력에 대한 지불의사액을 질문하는데 그쳤다면, 본 연구에서는 각 원별로 지불의사액의 차이를 도출할 수 있는 설문모형을 구축하는데 중점을 두었다. 본 연구결과는 향후 설문수행을 통하여 신재생에너지원별로 소비자의 선호를 분석할 수 있는 연구로 발전될 수 있으며, 이는 RPS 도입으로 인한 전력가격 정책 수립의 기초 연구자료로 활용될 수 있다 하겠다.

최근들어 기후변화와 자원부족이 현실적 위협으로 등장하면서 에너지와 환경문제가 국가경제의 미래를 결정하는 주요변수로 부각되고 있다. 이는 환경이 경제성장의 제약요인이 아닌 지속성장을 가능하게 하는 새로운 기회요인으로 전환되었음을 의미한다. 이러한 이유로 미국 EU 일본 등 선진국들은 녹색시장을 선도하기 위해 자신들의 국력을 집중하고 있다. 우리나라는 고유가로 인한 자원부족과 기후변화 위기를 극복하기 위하여 미래지향적인 저탄소 녹색성장을 새로운 국가비전으로 제시(815 경축사)한 바 있으며, 녹색성장은 신성장동력과 일자리 창출을 주도할 수 있는 신국가발전 패러다임으로 자리잡았다. 이에 따라 에너지분야의 국가정책을 주도하기 위한 일환으로 그린에너지기술의 국가별 협력체계 구축을 통해 에너지기술개발 대안 수립이 필요하다. 우리는 선진국과 기술수준을 비교할 때 상대적으로 기술개발 후발자(follower)로서, 효과적으로 그린에너지기술을 개발하기 위해서는 선진국과의 국제협력이 현실적인 대안이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 AHP기법과 SM기법을 복합적으로 활용하여 12대 그린에너지기술의 국제협력을 위한 영향요인 발굴 및 평가에 적용하였고, 각 기술별 전략품목에 대한 평가를 통해 국제협력 우선순위를 산정하였다. 영향요인으로는 국제협력유형, 기술개발 시급성, 기술수준, 시장성, 수출성을 고려하였으며, 평가결과는 CCS가 가장 높은 것으로 나타났다. 다음으로 그린카, 전력IT, IGCC가 상위권 그룹에 속하는 결과를 도출하였다.

기후변화, 석유자원 고갈 우려 등으로 인하여 그린에너지기술 개발에 대한 중요성은 크게 증가하고 있다. 그 가운데, 글로벌화된 경쟁구도 확대와 급속한 기술개발 속도로 인하여 국가간 또는 기업간 기술 개발 경쟁은 더욱 심해지고 있다. 이러한 상황하에서 그린에너지기술 개발을 위한 국제협력의 중요성은 더욱 증가하고 있다. 이에 각 국은 제도적, 경제적 지원을 통한 그린에너지기술 개발 및 국제협력을 적극 지원하고 있다. 그러나 우리나라의 경우 에너지기술 관련 R&D 예산 중 국제공동연구 비중은 0.6%로 선진국에 비해 지원 규모가 부족한 실정이며, 그린에너지기술 국제협력을 위한 기초 정보 역시 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 그린에너지기술 분야의 국외 선도 업체 및 기관을 대상으로 기술수준 및 협력의향을 조사하여 대외협력 맵을 구축하였다. 우선 '그린에너지 전략로드맵'상의 15대 기술 분류에서 상세 분석을 위한 주요 에너지기술을 선정하고 기술별 하위 전략품목별로 현황 조사를 실시하였다. 국내 전문가를 대상으로 1차, 2차 설문을 통하여 국제협력 추천 업체 및 기관, 기술수준을 조사하였으며, 조사된 국외 추천 선도 업체 및 기관을 대상으로 설문을 통하여 협력의향과 협력유형을 조사하였다. 조사된 자료를 통해 기술수준과 협력의향을 기준으로 4가지 유형으로 분류하여 대외협력 맵을 구성하고 구축된 대외협력 맵을 통해 국제협력 추진을 위한 시사점을 도출하였다.

대표적인 에너지원인 석유는 매장량 및 매장지역이 한정되어 있으며, 환경오염, 연료공급 등의 문제를 안고 있다. 에너지의 대부분을 수입하고 있는 우리나라는 경제성장 및 소득수준 향상으로 에너지 소비량이 증가하면서, 국제유가 상승은 국가 경제에도 큰 악영향을 미치고 있다. 이러한 상황에서 화석연료인 석유를 대체하기 위하여 최근 차세대 대체에너지에 대한 관심이 높아지면서 청정연료인 디메틸에테르(Dimethyl Ether : DME)의 사용방안에 대한 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 정부(지식경제부)에서는 DME 보급을 위한 기본계획에서 3단계의 보급계획에 따라 2013년까지 DME를 상용화하겠다는 목표를 발표한바 있다. 그래서 2007년부터 2009년까지 2년간 정부 주관 하에 한국가스공사 등이 1단계 DME 보급을 위한 실증연구를 수행하였다. 1단계 실증연구를 통해 DME-LPG 혼합연료에 대한 품질 및 안전기준을 마련하였으며, DME를 일반 가정 및 상업용으로 시범보급 할 수 있는 특례고시가 2009년 11월에 제정되었다. 현재 제정된 DME-LPG 시범보급 특례고시에 따라 2009년 12월부터 2011년 11월까지 2년간 2단계 시범보급 연구가 진행되고 있다. 2단계 시범보급연구에서는 한국가스공사외 3개 기관이 함께 참여하여 연구를 수행하고 있다. 시범보급에서는 DME-LPG 혼합연료를 일반 가정 및 상업용으로 직접 소비자에게 시범적으로 보급하는 만큼, DME-LPG 혼합연료가 LPG 연료에 비해서 연소효율이 어느 정도 수준인지를 비교하는 것이 매우 중요한 사항이므로 본 실험에서는 가정 및 상업용으로 사용되는 연소기기를 대상으로 LPG 및 DME-LPG 혼합연료에 대해 연소효율을 측정하는 실험을 수행하였다.

페로니켈 제조 공정에 있어서 석탄의 비중은 총 에너지원 중 70%에 상당하며, 온실가스 배출 또한 65%에 달한다. 이에 석탄을 대체할 물질로서 RPF, RDF, Biomass, TDF 등을 고려하였으며, 자체 개발한 열정산 프로그램을 활용하였다. 해석결과 석탄 대체물질의 사용할 경우 페로니켈 제조공정의 에너지 비용을 상당량 저감할 수 있을 것으로 기대된다.

Cavitation phenomenon has long been a difficult problem that regarded as negative event to fluid machines or industrial facilities. In the latest, however, some engineers became to understand the power of cavitation and use it to cleaning wall after developing cavitation nozzle. In this paper, we introduce new concept for power-generation system using cavitation jet flow maid by nozzle and impulse turbine in vacuum condition. The vacuum needed to make cavitation is generated naturally by Torricelli's vacuum, 10.23m effective head drop without additional power. We analyzed water's boiling and the steam's mean free path according to vacuum purity levels for nozzles and turbine blades. The nozzles make water accelerate in the neck and boil in expansion section of the nozzles. The shape of the impulse turbine is designed for absorption of the molecule's kinetic energy of the steam.

The energy storage system is considered to be one of the useful devices for energy storing and recycling. the energy storage system can save energy cost and stabilize the system voltage. This paper presents the development of two energy storage systems. One is 750V system for light rail system. the other is 1500V system for heavy rail system.

MTO 공정을 개발하기 위한 순환유동층 장치에서 고체순환량을 높이기 위해 고체 주입량 및 상승관 유속에 따른 수력학적 특성의 파악에 관한 연구를 수행하였다. 전체 높이 2.6m 직경 0.009m의 상승관을 가진 순환유동층 장치에 대해 고체순환량을 조절하기 위한 비기계적 밸브로 각각 Seal-pot과 L-valve가 장착된 두 장치에 대해 고체순환량 및 체류량을 측정하였다. 고체순환량 및 체류량은 두 장치에서 모두 고체의 주입량이 증가함에 따라 증가하는 모습을 나타내었으며, 상승관의 유속에 따라서는 특정한 유속의 범위 내에서 증가하다가 일정 유속 이후 감소하는 모습을 나타내었다. Seal-pot을 사용한 장치에서는 고체순환량이 최대 $87kg/m^2.s$ 가량의 값을 나타내었으나 L-valve를 사용한 장치에서는 최대 $180kg/m^2.s$를 보였다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 하여 전산유체역학을 이용한 순환유동층의 유동해석에 관한 연구를 실시하여 실험조건의 변화에 따른 상승관 내부의 수력학적 특성을 비교하였다.

In this work, nano-flake shaped nickel oxide (NiO) films were synthesized by chemical bath deposition technique for electrochemical capacitors. The deposition was carried out for 1 and 2 h at room temperature using nickel foam as the substrate and the current collector. The structure and morphology of prepared NiO film were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). And, electrochemical properties were characterized by cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, and AC impedence measurement. It was found that the NiO film was constructed by many interconnected NiO nano-flakes which arranged vertically to the substrate, forming a net-like structure with large pores. The open macropores may facilitate the electrolyte penetration and ion migration, resulted in the utilization of nickel oxide due to the increased surface area for electrochemical reactions. Furthermore, it was found that the deposition onto nickel foam as substrate and curent collector led to decrease of the ion transfer resistance so that its specific capacitance of a NiO film had high value than NiO nano flake powder.

본 연구에서는 수직 밀폐형 지중열교환기 뒤채움용 그라우트의 종류와 첨가재 종류, 지중열교환기 파이프 단면에 따른 지중열교환기의 성능을 비교 평가하기 위해 현장 시험 시공과 현장 열응답 시험을 수행하였다. 뒤채움용 그라우트재는 벤토나이트와 시멘트를 사용하였으며 첨가제로는 천연규사와 흑연을 적용하였다. 지중열교환기 파이프 단면은 일반적으로 시공되는 U-loop 파이프 단면과 파이프 사이의 열간섭 효과를 최소화 한 3공형 파이프 단면이 적용되었다. 시멘트-천연규사 그라우트재가 벤토나이트-천연규사 그라우트재 보다 큰 지중 유효열전도도를 보이고 흑연을 첨가한 그라우트는 시멘트와 벤토나이트 모두에서 천연규사만 첨가하였을 때 보다 지중 유효열전도도가 높게 나타났다. 3공형 파이프 단면의 경우 단면에 따른 영향을 비교하기 위해 그라우트는 시멘트-천연규사와 벤토나이트-천연규사를 사용하였으며 지중 유효열전도도 측정결과 각각 3.64 W/mK, 3.40 W/mK으로 일반 U-loop 파이프 단면을 사용하였을 때 보다 높게 나타났다.

본 연구에서는 지열 에너지원으로써 터널 내부 벽면의 항온성을 이용하여 터널 외벽에 텍스타일 형태의 열교환기를 설치하고 열적 거동을 평가하였다. 터널의 라이닝 부분에서는 여러 가지 요인에 의해 지하수가 터널 내부로 유입하게 되므로 지하수의 유무에 대한 열적 거동 및 유동액의 순환 속도에 따른 영향, 열교환 파이프 배열 형태에 따른 영향을 현장 시험 시공과 현장 열응답시험을 통하여 평가하고자 하였다. 또한 3-D 유한체적해석 프로그램(FLUENT)을 이용하여 숏크리트와 라이닝의 열전도도를 고려한 열교환기의 성능을 분석하였다. 수치해석 결과 열교환 파이프 주변에 지하수의 흐름이 존재할 경우 열전달이 상대적으로 더 원활히 이루어졌으며 순환속도가 빠를 때 보다 느릴수록 효율이 높게 나타났다. 또한, 파이프의 간격이 넓을수록, 파이프의 길이가 길수록 효율이 높게 나타났다. 라이닝 및 숏크리트의 열전도도가 증가함에 따라 에너지 텍스타일의 열전달 효율이 높게 나타났다. 현장 시험을 통해 비슷한 길이의 파이프가 사용된 경우, 파이프 배열 형태에 따라 수평형보다는 수직형 배열의 효율이 높게 측정되었다.

본 연구에서는 기존 지중열교환기용 뒤채움재인 벤토나이트 그라우트의 대안으로 시멘트 그라우트의 물리적 역학적 특성을 평가하였다. 실내 시험을 통하여 시멘트 그라우트의 배합비 및 첨가재에 따라 열전도도와 유동성, 일축압축강도에 미치는 영향을 평가하였다. 또한, 실제 지중열교환기용 파이프 내 순환유체의 온도변화가 시멘트 그라우트의 재료적 안정성에 미치는 영향을 검토하기 위해 $-5^{\circ}C$와 $50^{\circ}C$를 한 주기로 하여 일축압축강도를 반복적으로 측정하였다. 냉난방 운전에 따른 시멘트 그라우트와 순환 파이프 접촉면의 양호한 부착성 유지 여부를 판단하기 위해 시멘트 그라우트에 HDPE 파이프를 삽입한 시료의 등가 투수계수를 Flexible wall permeameter를 이용하여 장기간 측정하였다. 순환유체의 온도변화 모사에 따른 일축압축강도는 주기가 반복될수록 강도가 감소하는 경향이 나타났다. HDPE파이프를 삽입한 시료의 등가 투수계수는 순환수의 온도에 따라 증감하다가 $1.02{\times}10^{-9}cm/sec$로 수렴하였다.

The growing market for geothermal heat pump system requires great consideration of quality control and assurance in design and construction. The borehole heat exchanger of GHP system should be sustainable, economical and ecological. Thermal Response Test (TRT) is a useful method for site investigation to obtain reliable data for a optimal system design from the technical and economical aspect. Intensive researches combined with exchange of experiences on an international level within the IEA ECES Annex 21 improved the technology. Major subjects on the interpretation of TRT are development of improved evaluation models, evaluation of the TRT with respect to geological layers and investigation of the influence of ground water. Current status of TRT in South Korea, as well as a new version of the Korean TRT standard test procedure was presented. TRT is mostly used for governmental supported projects with corresponds to more than 100 GCHP systems per year. More than 200 tests are applied, mostly on single U-tube heat exchangers (about 95%). Bentonite is the most common grouting to be used. KIGAM (Korea Institute of Geoscience & Mineral Resources) is also keeping a GIS geological and geothermal database. In the institute also laboratory measurements of rock properties are carried out. About 90% of the laboratory measurements of the rock heat conductivity shows higher values than the in-situ TRT.

Geothermal heat pump(GHP)system has been extensively disseminated due to the recent increasing demand over new and renewable energy. However, the economics and system reliability has been key issues and barriers to insure a better system performance as designed originally. The building integrated designs of geothermal heat pump system are test and optimize GHP system by evaluating its performance in virtual reality. System design is an iterative process that will help optimize the cost efficiency of the system. One of the primary goals is to minimize the energy imbalance between the amount of energy extracted from the ground and the energy reject to it. This will reduce the land area required to install the GHX, reduce the cost of installing it and ensure the long-term efficiency of the system. Commissioning is the process of ensuring that are designed, installed, functionally tested, and capable of being operated and maintained to performance in conformity with design intent. In this paper, Study on introduction of Initial commissioning method of Geothermal Heat Pump(GHP) system using ISO performance data has been introduced. Also KIER GHP Simulator is used to simulate actual heat pimp operating condition and test commissioning method. Result should that the experiment data base could verify the applicability of the commissioning method, and also were able to suggest a better ways to GHP commissioning.

The research assesses the performance of the water-to-water heat pump system installed in Cheongju water treatment plant for cooling and heating ventilation. In summer season monthly averaged COP is ranged from 3.85 to 4.56 according to the water source temperature, and the performance is increased as the raw water temperature is dropped. While, heating performance is increased for the high temperature water source, and the monthly averaged COP is changed from 2.92 to 3.82. The correlation of the water source temperature and the heat pump performance shows a linear tendency by the simple regression of average data. In heating, the COP of heat pump system linearly rises according to the water source temperature. In comparison, the COP in cooling linearly reduces as the raw water temperature is raised. The goodness of fit at the simple regression shows the coefficient of determination 82% in cooling, 46% in heating. The electric cost of water-to-water heat pump is reduced by 40% compared to that of air source heat pump.

Performance of water-to-air heat pump using raw water has been analyzed under part load heating operation in March, 2010. The water source heat pump of 30 RT was installed for 24 hours cooling and heating ventilation, and the gravity inflow water from Daechung dam is used as the heat source. The daily averaged water and air temperatures are $5.7^{\circ}C$ and $9.9^{\circ}C$ respectively, and the heat pump is operated under part load condition for 7.5 hours in 24 hours. The daily averaged heat pump COP calculated with heat transferred from the brine water is 2.49 and the monthly averaged COP is 2.25 in March. Based on the database of the California Energy Commission, the monthly averaged COPs of air source heat pumps installed in U.S.A. are 1.97 in March and 2.03 in April. Therefore it is confirmed again that the performance of the heat pump using raw water is better than that of air source heat pumps.

The amount of the heating and cooling energy of water source heat pump using the raw water from the Paldang water intake station is investigated in the study. The Han river water is conveyed in the large-size shallowly buried pipe. Averaged water temperature at the position, 27 km from the Paldang water intake station, is increased by $1.11^{\circ}C$ due to the geothermal energy transfer under the ground, therefore the raw water has more thermal energy than the river water. To estimate of the thermal energy for the raw water, it is assumed that the water source heat pump is used for the heating and cooling ventilation. When $5.0^{\circ}C$ temperature difference energy of the raw water is used in the heat pump system all the year except for the January and February in which $3.0^{\circ}C$ temperature difference energy is used. It is predicted that total 5,766.3 Tcal could be used in the metropolitan area a year, which is about 3.0% of the river water unutilized energy resources.

Riverbank filtration wells have been developed to supply a heat source/sink of water in the alluvium aquifer to ground water heat pumps for cooling and heating of a green house. In order to look for an appropriate site to carry out the research, two sites of Jinju and Gumi areas were investigated. In the results of the electrical resistivity surveys, Jinju and Gumi areas have the alluvium aquifer in the depth of 6~17 m and 10~20 m under the ground respectively. Two boreholes have been drilled in each site of both areas. The averaged water level at Jinju site is about 3 m under the ground, and 3.5 m and 6.5 m of sandy gravel aquifer layers are existed in each site. While Gumi site has 10 m water level and 2.5 m and 4.6 m of sandy gravel aquifer. Therefore, it is expected that $1,000m^3$/day of water could be withdrawn at Jinju site rather than Gumi site.

Geothermal effects on the underground water conveyance pipe system have been investigated through the multiregional water supply system from Paldang water intake station. To make an investigation of raw water thermal energy, temperature sensors are installed the surface of the pipes of metropolitan area water supply system. In 2009 winter and early spring seasons, the monthly averaged temperatures at Paldang 2 intake stations are $1.94^{\circ}C$ in February, $4.96^{\circ}C$ in March, and $10.56^{\circ}C$ in April. After the transfer in 26.0 km distance of tunnel and buried pipe, the raw water temperatures are raised to $3.13^{\circ}C$, $6.04^{\circ}C$, and $11.39^{\circ}C$ respectively. As the temperature difference between the raw water and the air reduces, the temperature increasement is reduced by $1.19^{\circ}C$ in Feb., $1.08^{\circ}C$ in Mar., and $0.83^{\circ}C$ in Apr. Since the flowrate is over 1,150,000 $m^3$/day, it is estimated that the water exchanges a huge amount of heat over 1.0 Tcal a day with the ground.

In Jeju, underground air is used for heating greenhouse and fertilizing natural $CO_2$ gas by suppling directly into greenhouse. But greenhouse heating method by direct supply of underground air has several problems as like low temperature below $20^{\circ}C$ or high relative humidity over 90%. The underground air is inadequate in heating of crops such as mangos, oranges with the growing temperature over $20^{\circ}C$. Also if the relative humidity of greenhouse is kept with over 90%, diseases can strike almost of the crops. And also the ventilation loss becomes larger because the air pressure of inside greenhouse by direct supply of underground air is higher. In this study the heat pump system using underground air as heat source was developed and heating performance of the system was analyzed. Heating COP of the system was 2.5~5.0 and rejecting heat into greenhouse and extracting heat from underground air in this heat pump system were 46.5~31.4 kW, 34.9~20.9 kW respectively.

This study was carried out in order to reduce the installation expense of heating system for greenhouse comparing to geothermal heat pump and develope the coefficient of performance (COP) for a heat pump. For getting plenty of heat flux from geothermal energy. Surface water in river channel was used for getting a lots of geothermal heat by penetrating water through underground soil layer of the river bank that make heat transmission to passing water. The range of water temperature after the process of Ground filtration is 13~18 degrees celsius which is very similar to low heat source of geothermal heat pump system and the plenty amount of heat source from that make the number of geothermal heat exchanging hole and the expense for geothermal heat exchanger construction reduced. Drainage well is also used for returning filtration water to the aquifer that keep the water good recirculation from losing geothermal heat and water resource. For the COP improvement of Heat pump, thermal storage tank with separating insulation plate according to the temperature difference make the COP of Heat pump that is similar to thermal storage tank with diffuser. Developed thermal storage tank make construction expense cheaper than customarily used one's. and that sand filter and oxidation sand (FELOX) are going to be used for improving ground filtration water quality that make heat exchanger efficiency better. All above developed component skill are going to be set on the Ground filtration water source heat pump system and applied for medium, large scale for protected greenhouse in riverside area and on-site experiment is going to do for optimizing the heating system function and overcome the problem happening in the process of on-site application afterward.

This paper has represented about the wind power industry of the west-south seashore with leading industry development for Honam Economic Region. These projects have composed of wind power industry of the west-south seashore, offshore wind turbine(2MW, 3MW) and onshore wind turbine(3kW, 5kW, 10kW), 11 projects, during 3 years- with honam leading industry development for economic region. The contents of these project are 3 favorable products and 3 business support projects. The favorable products are the MW offshore wind system with Outer-rotor type PMSG, the 3MWoffshore wind system with adaptation type of west-south sea, the hybrid generator system with wind turbine technology basis.

In this study, we have constructed the method of design about H-Darrieus wind turbine, a kind of VAWT(vertical axis wind turbine). The NACA 0012 airfoil is chosen for the blade, and DMS(double multiple streamtube) theory is used for the analysis. The flow field is computed with numerical solution of rotating Navier-Stokes equations. From the result of experimental data of power coefficient curves, the validity of the present research is checked. Through the non-dimensional parameter analysis for the wind turbine design, we estimated the efficiency of wind turbine with the resultant Cp's, with which an efficient design of VAWT is achieved, and aerodynamic characteristics are presented systematically.

Wind turbine noise is generally lower than that from other environmental noise sources such as road and railway noise. Nevertheless, some residents living more than 1km away from wind turbines have claimed that they suffer sleep disturbance due to wind turbine noise. Several researchers have maintained that residents near a wind farm may perceive large amplitude modulation of wind turbine noise at night, and this amplitude modulation is the main cause of the noise annoyance. However, to date only few studies exist on the prediction of the amplitude modulation of wind turbine noise. Thus, this study predicts amplitude modulated noise generated from a generic 2.5MW wind turbine. Semi-empirical noise models are employed to predict the modulation depth and the overall sound pressure level of the wind turbine noise. The result shows that the amplitude modulation is observed regardless of atmospheric stability, but the modulation depth in a stable atmosphere is 1~3dB higher than that in an unstable atmosphere near the plane of rotation where the blades move downward. Moreover, using the result of the noise prediction, this study estimates the maximum perceptible distance of the wind turbine noise cause by amplitude modulation. The result indicates that the wind turbine noise can be perceived at a distance of up to 1600m in the range of about 30~60 degree from the on axis in a extremely low background noise environment.

Simulation technology for dynamic analysis of wind turbine is developed. The Aerodyn and the DAFUL are chosen for aerodynamic analysis and multi-body and flexible body dynamics respectively. Subroutines and variables of Aerodyn developed by NREL are analyzed with hub-height wind data, full field turbulent wind data and Airfoil data. The interface to perform coupled analysis between AeroDyn and DAFUL, GUI for modeling several parts of wind turbines are developed. The program will be extended to analyze the coupled analysis of aerodynamic and hydrodynamic behavior for floating offshore wind turbines.

풍력터빈에서 전력생산량은 속도의 세제곱에 따라 바람의 속도에 크게 영향 받는다. 본 연구에서는 기상청에서 제공하는 새만금 인근 해안의 2005부터 2007년까지의 AWS(지역별 관측자료)와 해양에서 떨어진 새만금 서해의 2000년부터 2009년까지 QuikSCAT위성 데이터를 이용하여 속도에 따른 확률 밀도 분포를 획득하였다. 측정된 관측 데이터는 80m 높이에서의 보정 자료를 근거로 하였으며, IEC 61400-12와 13을 근거로 실증단지 적합성에 대한 분석을 하였다.

포항공과대학교 풍력특성화대학원에서는 STX Windpower의 풍력발전기 국산화 사업의 일환으로 2MW 직접 구동형 영구자석 동기발전기의 설계를 변경 하였다. 정격 출력 2.3MW급으로 정격 RPM은 16.5, 고정자 내경은 2.1m로 128극을 가지고 있다. 본 설계 발전기는 STX93 모델을 기반으로 하고 있으며, 기존 발전기보다 더 compact하고 더 높은 효율의 발전기로 설계 변경하였다. 본 논문에서는 발전기 물리 설계와 그에 따른 전자기 해석 및 열 분석을 수행하고 손실을 계산한다. 또한, 그 결과와 절차에 대하여 요약하고 기존 발전기와 설계 발전기를 비교 분석한다.

최근들어 전산유체역학(CFD: Computational Fluid Dynamics)은 빌딩에 대하여 다양한 응용분야에서 사용된다. 이번 연구에서는 측정이 어려운 도심지 건물 군을 지나는 바람에 대하여 CFD해석 방법을 이용하여 고층 빌딩 상공을 지나가는 바람장을 예측 하였으며, 예측 된 결과를 실제 측정치와 비교 검증하였다. 바람장 측정 방법은 마스트를 세워서 측정하는 방법, 풍동 실험실에서 축소된 모형에 대한 실험방법, PIV 측정방법, LIDAR, SODAR측정 방법 등 많은 방법이 있다. 이번 연구에서는 가장 정확한 측정 방법인 LIDAR를 사용하여 측정을 수행하였다. 바람장이 측정된 장소는 서울 잠실 롯데 호텔 상공이며, 불어오는 바람은 롯데 월드를 중심으로 주변의 상가 건물들과 아파트 건물들 때문에 불안정하며 고르지 않을 것으로 예상되었다. LIDAR 측정은 일정 기간 동안 이루어 졌다. CFD해석은 임의의 시간대에 대해서 주 풍향에 대해서 해석이 수행되었다. CFD 해석결과는 최종적으로 측정 데이터와 비교 검증이 이루어 졌으며, 두 데이터간의 일치도가 높음을 알 수 있었다.

현재 전 세계적으로 가장 널리 개발하고 보급되어지고 있는 풍력산업의 시장 규모는 매년 확대되고 있다. 특히 소형 풍력발전 시스템은 낙도 등의 전력 공급이 어려운 지역에 경제성 있는 전력 보급을 가능하게 한다. 국내의 미전화 지역과 일반 가정에서 풍력 에너지 자원을 적극 활용 개발하기 위해서 보다 우수한 성능의 풍력발전기용 블레이드를 설계하고자, 공기역학적인 최적설계에 대해 연구함으로써 추후 보급형 풍력발전 시스템의 개발에 필요한 설계 기술을 확립하고자한다. 본 연구는 설계된 블레이드의 유동해석 및 성능예측을 위하여 경제적으로 많은 지원이 필요한 대규모 풍동실험이 아닌 상용 CFD를 사용하여 보다 효율적으로 우수한 성능을 가지는 풍력 터빈을 설계함에 있다. Reynolds Averaged Navier-Stokes 방정식에 기반을 둔 CFD의 경우 이론적으로 명확한 해석이 가능하고, 실제 터빈의 운전 환경과 동일한 다양한 물리적 변수를 입력 데이터로서 활용할 수 있는 장점이 있기 때문에 풍력 터빈의 설계 과정에서 반영된 미소한 블레이드 형상변화 및 운전 조건의 변화에 따른 유동장의 변화 및 풍력터빈 성능을 정확히 예측할 수 있는 장점을 가지고 있다.

설계단계의 풍력발전시스템 하중계산은 20년이 넘는 시스템 수명과 효율을 결정하는 중요한 부분이다. 일반적인 규정서 기반의 설계하중 계산은 실제 풍황 조건인 발전기 상호 간섭, 설치 지형의 특성 등을 상세히 묘사하기 어렵다. 풍력발전기 설계 단계에서 검토된 평균풍속 또는 난류강도 등이 규정(IEC, GL 등)을 만족한다 하더라도 설계값과 실제값은 서로 다른 결과를 나타낼 수 있다. 본 연구에서는 기 설계된 풍력발전기가 최적 효율을 낼 수 있는 풍력단지의 풍황 특성(평균풍속과 난류강도 등)의 범위를 보다 정확하게 제시하여 설치되는 풍력발전기의 수명과 효율을 높이는 방법을 연구하였다. 이를 위하여 당사의 2MW급 IEC Class II-A로 설계된 직접 구동형 풍력발전기에 대해, 다양한 평균 풍속(7m/s~10m/s)과 난류강도(14%~20%)를 고려한 하중 계산을 수행하였다. 하중 분석을 통해 실제 풍황 조건에 따른 극한하중 산출 및 피로수명의 민감도를 검토하여 풍력발전기 운용의 풍속과 난류강도의 최적범위 제시하여 발전단지 설계에 활용할 수 있도록 하였다.

Recently, the increased interest in environmental issues has led to extensive research for development of green energy generation systems. However, only one type of generation system may not be sufficient for stand-alone mode because it cannot cope with the irregularity of weather condition. A hybrid generation system is able to make up for the weakness of each system. In this paper, a stand-alone hybrid wind/PV system is developed that can guarantee the stable energy supply. The system is suitable for power supply under 50W, and a vertical savonius type of blade was designed and applied for the wind generation system.

본 개발에서의 해상용 풍력발전기는 크게 허브와 블레이드를 합한 상부 구조물, 전기 발전기와 연결 조인트의 중간구조물, 각종 제어 장치가 들어있는 제어박스로 나누어진다. 상부 구조물은 Circular Hub 타입의 Darrieus 형상으로 양력(lift)을 이용한 회전력이 발생하며, Circular Hub 타입은 기존의 허브와 블레이드를 연결하여주는 암(arm)에 의해 유발되는 항력토크를 최소화 하기 위한 신개념 형상설계가 이루어 졌으며, 저속에서 우수한 회전특성을 가진다. 이는 바람을 받아 기계적 에너지로 전환 하는 역할을 하며, 풍력발전기의 성능에 직접적인 영향을 미친다. 중간구조물의 전기발전기는, 상부에서 발생된 기계적 에너지를 이용하여 전기적 에너지로 전환 하는 역할을 수행한다. 이렇게 전환된 전기적 에너지는 하부의 제어박스를 거쳐서 해상용 부이(buoy)의 하단에 위치한 베터리 뱅크로 전달, 저장되어 부이에서 쓰이는 전력을 충당하게 된다. 한편 본 개발은 풍력발전기의 공력하중 해석과 로터블레이드의 설계, 풍력발전기의 구조, 진동해석, MPPT 제어컨트롤러와 Breaking controller, 풍동 및 차량시험을 통한 성능평가 및 분석 등의 순으로 개발을 수행하였다.

This is the research of wind turbine that is designed to supply power to offshore buoy system. In order to reach maximum efficiency in limited space, vertical axis wind turbine was used. Vertical axis wind turbine system that was applied in this research has the form of lift and drag blade combined to achieve high efficiency at both high and low speed. In addition, support system was designed and developed to suit the offshore condition.

In order to research the way to evaluate wind resource without actual Met Mast data, this paper has been carried out on the southeastern region of Jeju island, Korea. Although wind turbine has been an economical alternative energy resource, misjudging the prediction of lifetime or payback period occurs because of the inaccurate assessment of wind resource and the location of wind turbine. Using WindPRO(Ver. 2.7), a software for wind farm design developed by EMD from Denmark, wind resources for the southeastern region of Jeju island was analyzed, and the performance of WindPRO prediction was evaluated in detail. Met Mast data in Su-san 5.5Km far from Samdal wind farm, AWS in Sung-san 4.5km far from Samdal wind farm, and Korea Wind Map data had been collected for this work.

This study performs modelling and simulation of permanent magnetic synchronous generator wind turbine by using Matlab & Simulink. In simulation, change of wind velocity, change of load, and voltage decrease of infinite bus are performed. Through such simulation, different with wiring system that there is only existing load, this study can confirm problems and voltage changing characteristics, which can occur in distributed electric power that load and electric power is mixed and operated, especially, in interconnecting with wind power generation.

This study suggests a modeling of grid-connected wind turbine generation systems and performs simulation according to increase/decrease of real wind speed. MATLAB & SIMULINK implemented modeling of grid-connected wind turbine generation system. Terminal voltage, grid voltage, and active/reactive power shall be observed following the performance of simulation.

원격탐사(remote sensing)란 관측 대상과의 접촉 없이 멀리서 정보를 얻어내는 기술을 말한다. 기상관측분야에는 이미 소다(SODAR) 장비가 폭넓게 사용되거 왔으나 최근 풍력자원평가(wind resource assessment)를 위한 풍황측정에 SODAR와 더불어 라이다(LIDAR)가 적극적으로 활용되기 시작하고 있다. 참고로 SODAR(SOnic Detection And Ranging)는 수직 및 동서 남북 방향으로 음파를 발생시키고 대기유동에 의해 산란 반사된 에코를 수신하여 진동수 변화와 반사에코 강도를 측정하여 각 방향의 에코자료를 벡터 합성함으로써 풍향 및 풍속을 산출하는 원리이다. 반면 LIDAR(Light Detection And Ranging)는 비교적 최근에 풍황측정 용도로 개발된 레이저 탐지에 바탕을 둔 원거리 센서로, 공기입자(먼지, 수증기, 구름, 안개, 오염물질 등)에 의해 산란된 레이저 발산의 도플러 쉬프트(Doppler shift)를 이용하여 풍향 및 풍속을 측정하는 원격탐사 장비이다. 풍력자원평가 측면에서 라이다는 그 정확도가 IEC61400-12에 의거한 풍황탑(met-mast) 측정자료 다수와의 비교검증 실측평가(Albers et al., 2009)를 통하여 입증된 바 있다. 한편 한국에너지기술연구원에서 운용 중인 라이다 시스템은 그림 1의 우측 그림과 같이 1초에 $360^{\circ}$를 스캔하여 50지점에서 반사되는 레이저를 스펙트럼으로 측정하되 설정된 관측높이에서 풍속은 샘플링 부피(sampling volume)의 평균값으로 정의된다. 그런데 샘플링 부피는 설정된 관측높이로부터 상하 12.5m, 총 25m의 높이구간에서 관측한 스펙트럼의 평균값을 그 중앙지점에서의 풍속으로 환산하는 알고리듬(algorithm)을 채택하고 있다. 따라서 비선형적으로 변화하는 풍속연직분포 관측 시 풍속환산 알고리듬에 의한 측정오차가 개입될 가능성이 존재하는 것이다. 이에 본 연구에서는 라이다에 의한 풍속연직분포 측정 시 샘플링 부피의 구간 평균화 과정에서 발생하는 불확도(uncertainty)를 정량적으로 분석함으로써 라이다에 의한 풍속연직분포 관측의 불확도를 정량평가하고자 한다.

한반도 국가바람지도(김현구, 2009)는 한국에너지기술연구원에서 지식경제부의 부처임무사업으로 구축되었으며 현재 웹서비스(http://www.kier-wind.org)를 통하여 정보를 제공하고 있다. 국가바람지도는 수치기상예측(NWP; Numerical Weather Prediction) 모델을 이용하여 영토, 영해에 대해 $1km{\times}1km$의 고해상도로 작성한 뒤(이순환 등, 2009) 풍력자원 정보로 재가공되었다. 한반도 국가바람지도는 5년의 장기간에 대한 시계열 수치기상예측에 의하여 구축되었기 때문에 데이터베이스(DB; database)의 효율적 관리가 필연적으로 요구된다. MM5 또는 WRF 모델의 고유 출력포맷의 자료구조는 풍력자원분석에 필요한 기상요소 외에도 대기과학자에게 필요한 수많은 기상인자를 종합적으로 포함하고 있다. 따라서 2차원 층(layer) 또는 3차원 공간분포 분석 및 계산격자인 셀(cell)에서의 1차원 시계열 분석 등 다양한 자료축출에는 비효율적인 자료구조가 된다. 이러한 자료구조의 불편을 해소하기 위해서는 기상요소별로 독립적이고 빈번한 시계열 자료 추출에 효율성을 가지며 어떤 프로그래밍 언어를 사용하든지 직관적으로 쉽게 사용할 수 있는 바람지도 데이터베이스의 재구성이 요구된다. 이에 대용량 수치자료의 처리 측면에서 장점을 가지는 과학기술 프로그래밍 언어인 IDL을 기반으로 국가바람지도의 자료구조를 효율화하여 데이터베이스화 하였으며 IDL에 내재된 그래픽 기능을 활용하여 가시화를 구현함으로써 연구개발자의 입장에서 국가바람지도의 활용성 및 효율성을 향상시키고자 하였다.

풍력발전 설비의 발전기로는 구조가 간단하고 견실한 유도형 발전기가 일반적으로 사용되고 있다. 풍력발전은 계통 연계시에 정격전류의 7~8배의 돌입전류가 흘러 발전저하를 무시하기 어렵다. 따라서, 돌입전류 억제 및 대책의 검토가 필요하다. 본 연구는 MATLAB/SIMULINK를 통해 유도기형 풍력발전기를 모델링 및 시뮬레이션하고, 유도기형 풍력발전기 계통연계시 발생하는 돌입전류를 저감하는 방법에 대해 살펴보았다.

풍력발전기의 구성요소 중 브레이드는 바람의 운동에너지를 회전력으로 변환하는 핵심요소이며, 효율적인 설계기법이 절실히 요구되는데 선진국에서는 설계기술을 회피하는 실정으로 브레이드 형상 설계기법의 확보는 어려운 실정이다. 본 논문은 날개요소 운동량이론(BEMT) 및 X-foil을 이용하여 10kW급 브레이드 국산화 개발에 목적을 두고 공기역학적 설계를 수행하여 국내 풍황에 적합한 최적의 풍력발전기 에어포일을 개발하는데 목적을 두고 그 방안을 제시한다.

본 논문은 우리나라와 같이 평균풍속이 낮고 바람 방향이 수시로 변하는 지역에 적합한 풍력발전 시스템에 관하여 논한다. 특히, 풍향에 상관없이 효율을 보장하고, 아주 약한 풍속 조건에서도 기동(Cut-in)되며, 낮은 평균풍속 5~6m/s인 지역에서도 경제적으로 풍력발전 단지의 구축이 가능하며, 다양한 지역에 설치가 가능하고, 소음이 적고 친(親) 환경적이며, 양산이 가능해 납기를 예측할 수 있으며 그리고 모든 부품 및 시스템의 국산화가 가능해야 한다는 7가지 조건을 만족하는 풍력발전시스템으로 이를 실현시키기 위하여 현재 풍력발전시스템의 가장 앞선 요소기술(state-of-the-art technology)인 직접구동 방식, 적층식, STR 블레이드, AFPM동기발전기, 자기부상 및 전자브레이크 등 5가지 기술을 복합 융합하여 최고의 효율 및 성능을 보장해 주는 적층 연곡형 시스템이다.

Global concerns about environmental issues such as a greenhouse effect are increasing gradually. Quantity of emission of carbon dioxide by Hydro-Power Plants is smaller than those by power plants of other renewable energy sources. Manufacturing costs of hydro turbine is relatively very expensive because the structure of hydro turbine is very complex. Therefore, cross-flow turbine is adopted in this study because of its simple structure and high possibility of applying to small hydropower. The result shows that as effective head increases, tangential and radial flow velocities increase and thus, the increased tangential velocity contributes to the increase of angular momentum and output torque.

The conventional method to assess turbine performance is its model testing which becomes costly and time consuming for several design alternatives in design optimization. Computational fluid dynamics (CFD) has become a cost effective tool for predicting detailed flow information in turbine space to enable the selection of best design. In the present paper, Francis turbine of commercial small hydropower plants which is under 70kw is investigated. Solutions are investigated with respect to the hydraulic characteristics against an outward angle of guide vane, the number of guide vane and head (inlet velocity). By suitable modification of the runner shape, low pressure zone on the leading edge can be reduced. If the entire runner is to be optimized in this manner, flow simulation tests have to be carried out on a series of different geometrical shape.

Micro hydraulic turbines take a growing interest because of its small and simple structure as well as high possibility of applying to micro and small hydropower resources. The differential pressure exiting within the city water pipelines can be used efficiently to generate electricity like the energy generated through gravitational potential energy in dams. In order to reduce water pressure at the inlet of water cleaning centers, pressure reducing valves are used widely. Therefore, pressure energy is wasted. Instead of using the pressure reduction valve, a micro counter-rotating hydraulic turbine can be replaced to get energy caused by the large differential pressure found in the city water pipelines. In this paper, detail studies have been carried out to acquire basic design data of micro counter-rotating hydraulic turbine, output power, head, and efficiency characteristics on various number of runner vane. Moreover, the influences of pressure, tangential and axial velocity distributions on turbine performance are also investigated.

일반적 의미의 소수력발전은 계곡이나 저낙차의 하천에서 시도되었으나, 한국의 지형과 강수패턴등은 소수력발전을 활성화하기에 어려운 점들이 있었다. 이에 최근에는 정수장, 하수처리장등과 같은 인공구조물에 소수력발전을 설치 운영하는 방향으로 가고 있으며, 특히 화력발전소 냉각공정에 사용되는 해수를 이용한 소수력발전이 크게 성공하였고 확대설치 되어가고 있다. 해안에 위치하는 LNG인수기지에서는 LNG의 기화에 해수를 열원으로 사용하며, 기화공정에서 열교환 후 바다에 배출된다. 이 때 기화해수와 공기와의 접촉으로 생성된 거품은 해양미생물과의 복합작용으로 쉽게 깨어지지 않고 바다로 떠내려가게 된다. 이러한 거품은 시각적 거부감으로 인하여 인근어민들의 불편함을 야기하고 있으며, 또한 배출해수와 일반해수와의 온도차로 인한 인근 어장이나 양식장의 어획고에 미칠 수 있는 부작용의 가능성에 대한 우려는 더욱 방류해수의 적절한 처리를 필요로 하고 있다. 이러한 방류해수의 거품생성을 해결하는 데 있어 근본적인 해결방법은 심층배수법인데, 심층배수 구조물에 발전수차를 추가 설치만 하면 수력발전이 가능하다. 방류해수의 거품관련 환경문제를 해결하면서 동시에 청정전력을 생산할 수 있는 해양소수력발전에 대하여 KOGAS에서는 LNG 인수기지에의 적용가능성을 분석하고 있으며, 방류해수의 낙차와 조수간만의 차를 이용하는 해양소수력발전을 LNG 인수기지에의 적용하는 것으로는 세계최초의 시도이다. 주변지형에 따른 입지여건을 분석하고, 해수계통분석, 소수력발전방법, 수차종류, 수차용량, 수차개수, pond의 크기등을 결정하고, 수리해석 및 경제성분석을 수행할 것이며 소수력발전의 타당성여부에 대한 가늠을 잡고자 한다.

Small hydropower resources for five major river systems have been studied. The model, which can predict flow duration characteristic of stream, was developed to analyze the variation of inflow caused from rainfall condition. And another model to predict hydrologic performance for small hydropower(SHP) plants is established. Monthly inflow data measured at Andong dam were analyzed. The predicted results from the developed models in this study showed that the data were in good agreement with measured results of long term inflow at Andong dam. It was found that the models developed in this study can be used to predict the available potential and technical potential of SHP sites effectively. Based on the models developed in this study, the hydrologic performance for small hydropower sites located in river systems have been analyzed. The results show that the hydrologic performance characteristics of SHP sites have some difference between the river systems. Especially, the specific design flowrate and specific output of SHP sites located on North Han river and Nakdong river systems have large difference compared with other river systems.

Domestic hydroelectric power plants has been manufactured as the design condition by the demand. Hydraulic turbine power plants operating at appointed load shall be operate stable in terms of pressure, discharge, rotational speed and torque. A performance guarantees for hydro turbines shall be contain, as a minimum, guarantees covering power, discharge and specific hydraulic energy, efficiency, maximum momentary overspeed and maximum momentary pressure and maximum steady-state runaway speed, as well as guarantees related to cavitation. But, present in Korea, the absence of testing laboratories and technical criteria for the performance test of small hydropower degrades the efficiency of the domestic hydropower machines, and makes it difficult to objectively evaluate the performance of hydro turbine. Therefore We planned making a basis of performance test of small hydropower turbine 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.

This study was carried out to evaluate the operating performances of the evaporation desalination system with solar energy. This system was designed to use evacuated solar collector as the heat source, supplying the required heat energy and photovoltaic power as the electric source, supplying required power to pumps in the desalination system. The 5kW photovoltaic power generation system to make the electricity, the single-stage fresh water generator with plate heat exchanger, and remote control and monitoring system. Solar desalination system was designed and installed in Jeju-island, Korea in 2006, after about 4 years of operation, usability and stability of solar desalination system was guaranteed. The system comprises of the desalination unit which was designed to have daily fresh water capacity of $2m^3$, a $120m^2$ 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 to hydraulic pumps for the heat medium fluids. On a clear day, average daily solar irradiance in Jeju-island was measured to be $500W/m^2$ and the daily fresh water yield showed to be more than 500 liters under this condition. After around three years of a long term operation of the system from January 2007 to August 2009, average daily freshwater yield was analyzed to be around $330{\ell}$. The relationship equation between solar irradiance and freshwater yield was found to be y=1.1806x - 107.89.

The study on the operation characteristics of solar space and water heating system with ground source heat pump (GSHP) as a back-up device was carried out. This system, called solar thermal and geothermal hybrid system (ST/G), was installed at Zero Energy Solar House II (KIER ZeSH-II) in Korea Institute of Energy Research. This ST/G hybrid system was developed to supply all thermal load in a house by renewable energy. The purpose of this study is to find out that this system is optimized and operated normally for the heating load of ZeSH-II. Experiment was continued for seven months, from October to April. The analysis was conducted as followings ; - the contribution of solar thermal system. - the appropriateness of GSHP as a back-up device. - the performance of solar thermal and ground source heat pump system respectively. - the adaptation of thermal peak load - the operation characteristics of hybrid system under different weather conditions. Finally the complementary measures for the system simplification was referred for the commercialization of this hybrid system.

우리나라 남부지방은 대체적으로 태양 일사량이 풍부하여 태양열 시스템의 설치조건으로는 가장 좋은 지역이다. 현재까지 국내에 보급된 태양열 시스템은 외기조건이 불량한 경우에는 비효율적이다. 최근 태양열 온수기는 전국적으로 매우 활발히 보급되고 있고 태양열 온수기에 대한 일반인들의 인식은 그 어느 때보다 높다고 할 수 있다. 태양열이용 열펌프시스템 기술은 소형 온수기에의 적용 뿐 아니라 건물의 난방기술에도 적용되고 있다. 본 연구에서는 태양열 집열기 직접 팽창식 열펌프시스템(이하 '태양열 시스템')의 열성능 효율 향상에 가장 많이 기여하는 팽창장치와 롤본드형 태양열집열기에 대하여 실험하였고 현장 적용가능성을 분석하였다. 또한 태양열 열펌프식 온수 및 난방시스템의 한국의 남부지방에서의 적용가능성은 지난 관련연구결과를 분석하여 비교하여 모색하였다.

In this study, the COP variation with the duration of Ground Source Heat Pump (GSHP) systems operation was analyzed by experiment. This experimental facility was installed in residential house as a back-up device of solar thermal heating system. The capacity of heat pump is 2.5 kW with a vertical bore hole of 150m depth. The COP of GSHP is varied, depending on the ground temperature which is used as a heat source. The ground heat source temperature influencing heating COP is the soil or rock temperature which adjoin with geo-source heat exchanger. This temperature is decreased rapidly according to the operation duration of heat pump. As a result, COP of GSHP is decreased to 3 in one hour of continuous operation time.

The purpose of this study is on the thermal performance evaluation of KIER Zero Energy Solar House-II, called ZeSH-II which can be sustained with the support of a very few energy. This ZeSH-II was designed and constructed in the end of 2009 to develop for the goal of 70% self-sufficiency. Several key technologies like as the super insulation, high performance window, wast heat recovery system as well as solar power and thermal system and geo-source heat pump wear used for this ZeSH-II. The monitering of ZeSH-II was conducted for six months from November 2009 to April 2010. The monthly energy consumption was calculated based on the monitering results. As a result, the ZeSH-II shows that the energy self-sufficiency during six months(from oct. to apr.) is about 80% which is higher than that of the target.

The main purpose of the calibration procedure is to perform a one to one comparison of the reference pyranometer and the test pyranometer. In order to achieve this, both pyranometers need to be exposed to exactly the same irradiance, under the same circumstances. There are a number of error sources that could result in a wrong measurement. Most importantly Lamp instability, pyranometer offsets, thermal offsets of junctions, voltmeter offset, voltmeter instability, reference pyranometer instability, tilting of the pyranometers and differences in sensor height. Another sun-disc calibration procedure compares the computed vertical component of the direct irradiance as measured by a pyranometer with that measured by the pyranometer to be calibrated. Readings are taken with the levelled pyranometer on a clear day. Firstly the global irradiance and then the diffuse component are measured. Simultaneously measurement of direct irradiance is made with the pyrheliometer. The ways of performing the calibration and the subsequent calculation have been chosen such that the effect all these error sources has been eliminated as much as possible.

Solar energy is one of the most promising energy resources in the future. For the application and dissemination of solar energy technologies in various fields, reliable data sets of solar irradiation are needed for engineers, researchers, businessmen, and policy makers. Global horizontal solar radiation is needed for the use of flat plate collector, solar domestic hot water system, photovoltaic devices and passive systems like green house. In many countries, solar radiation data accumulated for more then 40 or 50 years and typical weather data are published with average of more then 30 years. In Korea, those global total radiations are measured for about 30 years. With the connections of computer network, measured data could be transmitted to the central control system at key station through Ethernet lines. The data acquisition systems are connected to be automatically controlled by the monitoring network. Global horizontal solar radiation data 16 locations were measured and averaged from 1982 to 2008.

This study was carried out in order to reduce the amount of underground water which is used in the water curtain system for retaining heat. To proceed to the research, two plastic green houses of water curtain system were installed. One was equipped of internal small tunnel for keeping warm air in the interior of the house. Then the internal small tunnel for keeping warm air was fitted with PVC duct of 50cm in diameter filled with subsurface water. Storing surplus solar energy in the water filled in PVC duct was the method used to this house. Another was installed with FCU in the middle of the house, and was fitted a circulation motor in water tank for heat storage which was operated from 10 a.m. to 4 p.m. in order to interchange heat with FCU. The latter was installed with four FCUs which has a capacity of 8000kcal per hour. Consequently about 5 degrees celsius could be maintained in the interior of the internal small tunnel for keeping warm air with the external temperature of more than minus 5 degrees celsius. It appeared that the alteration of an internal temperature of the house was flexible depending on the sunlight during daytime. It happened that to prevent the water from freezing, mixing antifreezing liquid in the flowing water of FCU or changing the operating method of FCU was a suitable measure. Also, in order to use the surplus solar thermal energy on plastic green house of water curtain system efficiently, storing the surplus heat during daytime simultaneously finding a method of using water curtain systematic underground water happened to be important. As a result of this research, when the house's interior temperature is below zero the operation of FCU appeared to be impossible. Therefore when supposed that the amount of water used in the house is 150~200ton for stable operation of FCU, using the system mentioned in the above research happened to be appropriate of reducing the amount of subsurface water from 80% to 100% when maintaining the interior of internal small tunnel's temperature for keeping warm air of 5 degrees celsius at the extreme temperature of minus 5 degrees celsius.

국내에서 발생하는 생활폐기물 발열량이 최근 3,000 kcal/kg 정도를 웃돌고 있고 사업장 폐기물의 경우는 4,000~7,000 kcal/kg 정도로 높아 이러한 가연성 폐기물 들은 자원화하여 에너지원으로 사용가능하다. 폐기물 자원화 기술의 하나인 가스화 기술을 적용하면 폐기물 내의 가연분은 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스로 전환되어 화학원료 또는 발전원료로서 활용이 가능하다. 본 연구에서는 합성가스의 다양한 활용분야 중에서도 메탄올과 CO의 합성을 통해 얻어지는 초산제조 공정에서 폐기물의 가스화를 통해 발생되는 합성가스 내의 CO를 적용하여 기존 초산제조공정에서 필요한 CO를 생산하기 위해 소모되는 고가의 납사 원료를 절감하고자 하는 방안이 검토되고 있다. 초산은 CO와 메탄올($CH_3OH$)을 금속이온계 귀금속촉매 상에서 메탄올카본닐레이션(Methanol carbonylation)반응으로부터 합성되는 것으로, 초산에스테르, 염료, 안료, 의약품 등의 원료로 사용되는 화학원료이다. 일반적으로 초산을 제조하기 위해 사용되는 CO를 생산하기 위하여 납사(Naptha)를 가스화하는 부분산화공정을 이용하거나 촉매를 사용한 Steam reforming공정을 적용하고 있는데, 가스화 및 Steam reforming의 원료가 되는 납사가 고가이고, 원유가가 상승하면 납사의 가격도 상승할 수 있고, 결국 초산제조 비용의 상승을 초래할 수 있다. 폐기물의 가스화를 통해 발생하는 합성가스 내의 CO를 활용하여 초산제조의 원료로 사용할 수 있다면 초산제조 공정에서의 CO 제조 비용 절감 및 폐기물 자원화의 효과를 동시에 달성할 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구에서는 초산제조의 원료로 폐기물의 가스화를 통해 발생한 합성가스 내의 CO를 적용가능성을 검토하기 위하여 사업장 폐기물 및 사업장폐기물과 폐유, 건조슬러지 등을 혼합한 복합폐기물의 가스화를 통해 CO의 발생 특성을 분석하였다.

Optimum operation conditions of low-NOx MILD combustion for gaseous and solid fuels have been investigated by experimental and computer simulation. Loop reactor type MILD combustor without air pre-heater has been used in the present work. The results show that the balance of injection velocities of fuel and surrounding air is major factor for maintaining MILD combustion mode. Temperature difference between lower and upper part can be reduced less than 20 degree of Celsius. It was found that NOx emission in MILD combustion also can be remarkably reduced to more than 85% in comparison with conventional premixed combustion, and reduced to more than 50% in case of nitrogen and carbon dioxide carrying dried waste water sludge and pulverized coal in comparison with the same of air carrying. It was also found that carbon monoxide emission increase was not appeared at the time of changeover to MILD combustion mode from premixed or air carrying combustion at optimum operation condition.

폐기물 등을 열분해 가스화한 합성가스로부터 효과적으로 고순도의 수소를 회수하기 위하여 WGS(수성가스전환반응) 및 $CO_2$ 회수 PSA 공정을 적용하였다. 벤치스케일 열교환형 WGS반응기를 개발하여 기존 단열방식에 비하여 단순화한 반응시스템을 구축하였으며 출구 CO농도 4%대를 달성하였다. 또한 3베드로 구성된 벤치스케일의 $CO_2$ PSA운전을 수행한 결과, 2.5barg 흡착 및 진공재생단계를 적용하여 회수되는 $CO_2$의 농도가 95%이상, 회수율 80%이상을 기록하는 효율적인 $CO_2$ 회수공정을 개발하였다. 한편, 흡탈착 모사프로그램인 ADSIM을 통해서도 실험과 비교적 일치한 결과를 얻을 수 있었는데 향후 스케일업 설계자료 확보시 유용할 것으로 판단되었다.

현재 RPF 생산공정에서 생산된 RPF는 약 7,500~8,500kcal/kg 의 높은 열량을 지니고 있다. 이러한 특성으로 연소시 소각로 내부의 온도가 부분적으로 급격히 상승하여 적정온도조절이 어렵고, 로내 장치들의 내구성이 저하되는 등 문제가 발생하고 있다. 또한, RPF에 포함된 비교적 높은 농도의 염소 함량(0.8~1.8% wt)으로 인해 다량의 대기오염물질이 발생되는 단점이 나타나고 있다. 따라서, 이러한 문제점들을 개선하기 위해 RPF의 개질이 필요하며 본 연구에서는 슬러지와 RPF를 혼합하여 열량, 성형성, 염소함량등을 고려하여 최적의 혼합비율을 선정하였다. J하수처리장에서 발생하는 하수슬러지를 이용하여 5, 15, 25, 30, 35%를 RPF 성형공정에 혼합하여 실험하였다. 5% 혼합시 발열량은 약 6,300~6,800kcal/kg, 염소농도는 0.8~1.6%(wt), 15% 혼합시 발열량은 5,500~6,000kcal/kg, 염소농도는 0.7~1.4%(wt), 25% 혼합시 발열량은 5,200~5,900kcal/kg, 염소농도는 0.6~1.1%(wt), 30% 혼합시 발열량은 5,000~5,700kcal/kg, 염소농도는 0.6~1.0%(wt), 35% 혼합시 발열량은 4,800~5,200kcal/kg, 염소농도는 0.4~0.6%(wt)으로 나타났다. 각 혼합비율에서 관찰된 성형성은 5~25% 혼합까지는 성형된 RPF와 유사하게 일정한 크기 및 강도를 유지 할 수 있었으나, 25% 이상 혼합시 분말형태의 가루가 많이 발생되며 강도가 약해져 쉽게 부스러지는 문제점등이 나타났다. 연료의 개질 형태나 성형성등을 고려하였을 때 슬러지 혼합비율이 약 15~25% 정도가 최적 혼합비율인 것으로 나타났다.

The emission difference of SOx, NOx, TSP and dioxine was investigated in commercial CFB boiler, when coal and three kinds of RDFs were co-combusted respectively. The each mixing ratio was 7.5% RPF, 7.5% RDF and 10% SDF with coal. Emitting dioxine concentration was proportioned to the chlorine content of RDF. No trouble was found on normal boiler operation during co-combustion. These RPF, SDF and RDF could be determined to be a good alternative fuel of general coal.

자원자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률에 폐기물 고형연료에 관한 조항 등 폐기물 고형연료에 관한 제반 규정이 도임된 2006년 이후 폐기물 고형연료 에너지화에 대한 관심이 크게 대두되고 정부 및 산업계의 사업추진이 활발하게 진행되어 오고 있다. 본 연구는 국내에서 최초로 RDF를 전용으로 연소하는 pilot plant급 순환유동층 보일러를 제작 건설하고 RDF 연료를 연소하여 성능특성과 운전특성을 연구 분석한 것이다. 연구 과정에서 8ton/h급 순환유동층 보일러를 독자적으로 설계하고 건설하였으며, 건설 전 과정을 연구진이 감리하고 관리하였다. 보일러의 스팀사양은 $450^{\circ}C$와 38ata로 하였다. 또한 시운전 및 정상운전을 위한 운전체계를 자체적으로 수립하였다. 설치된 보일러는 장시간의 운전과 반복 실험을 통해 상용 규모 보일러의 설계 자료를 확보하였다. 운전특성을 파악하기 위하여 국내에서 생산되는 RPF와 RDF 각 일종을 입수하여 연소실험을 수행하고 그 특성 자료를 비교하였다. 폐기물 고형연료는 순환유동층 보일러에서 뛰어난 연소 특성을 나타내었으며 배연특성도 양호하였다. 성형된 RDF는 장기간의 운전에서도 안정적인 연소특성을 나타내었다. 다만 HCl의 배출 특성은 환경 규제치를 넘어 섰으며 별도의 배가스 처리기술을 적용하여 환경기준을 맞출 수 있었다. 본 연구 결과를 토대로 60ton/h급 상용규모 RDF 전용 순환유동층 보일러를 설계하였다. 보일러의 용량은 10MWe 발전과 12ton/h 증기 공급에 적합한 규모로 산업체나 지역난방용 열병합 보일러에 적합한 사양이다.

일일 50톤 처리용량의 도시고형폐기물소각설비의 폐열 보일러에서 생산되는 4.0~6.5 bar의 저압증기를 이용하여 전력을 생산하는 축류식 MSTG설비에 있어서 공급증기압력, 입출구의 압력차이에 의한 발전효율을 비교하고, 저압의 증기의 균질화를 위한 기술분리, 정압유지설비 및 증기터빈의 본체의 기수분리된 증기의 응축효율을 증기공급율, 발전효율별로 비교분석하였다. 공급되는 증기의 압력, 증기터빈의 입출구 압력 차이가 높아짐에 따라, 증기의 응축효율이 증가를 하였으며, 배출되는 증기량에 따른 발전효율의 증가는 없었다. 따라서, 가변적으로 변하는 저압의 증기를 기수분리 및 정압을 유지하여도 증기질의 변동이 없으며 그에 따른 증기의 엔탈피 변화가 없으므로 발전 효율의 향상을 기대하기는 어려웠다.

폐기물 가스화는 생산된 합성가스를 이용하여 발전 등 직접적인 에너지원으로 이용할 수 있으며, 고부가가치 화합물의 원료 공급원으로도 이용할 수 있다. 폐기물 가스화를 이용한 고부가가치 화합물 제조의 경우 기존 화합물 제조공정에 폐기물 가스화 공정이 연계되어, 하나의 복합시스템으로 운영이 된다. 따라서 기존 공정과 최적으로 연계될 수 있는 폐기물 가스화 시스템의 개발 또는 선정이 필요하며, 이를 위하여 폐기물 가스화 시스템에 대한 분석 평가가 적절하게 이루어져야 한다. 본 연구에서는 시스템공학 개념을 적용하여 폐기물 가스화 시스템의 체계적인 분석 평가를 위한 프레임워크를 개발하였다. 시스템공학은 요건분석, 기능분석, 합성(통합), 분석/관리 프로세스를 통하여 시스템을 성공적으로 구현하기 위한 다학제적인 접근방법이다. 이러한 시스템공학의 개념 및 기본 프로세스를 적용 조정하여 폐기물 가스화 분석 평가 프레임워크를 개발하였으며, 개발된 프레임워크는 계층구조로 표현이 된다. 계층구조는 분석관점, 분석항목, 분석지표로 구성이 되며 분석된 데이터에 대한 평가는 AHP를 통하여 계산된 가중치를 적용하여 이루어진다.

본 연구에서는 울산산업단지 및 인근 지자체에서 발생하는 가연성폐기물 중 화학산업의 원료로 공급하기 위하여 활용가능한 폐기물들을 선정하고, 선정된 폐기물들의 안정적인 수급을 위하여 자원순환네트워크를 구축하는 연구를 수행하였다. 활용가능한 폐기물을 선정하기 위하여 먼저 선정기준을 설정하고, 울산지역에서 발생하는 가연성폐기물의 발생 및 처리현황, 폐기물의 특성 등을 고려하여 활용가능량을 산출하였다. 또한 이들 폐기물을 지속적으로 수급하기 위하여 울산산업단지 기업과 지자체, 합성가스 이용 업체 등으로 구성된 컨소시움을 구축하는 방안을 제안하였다.

최근 정부의 녹색성장 정책, 고유가시대 도래, 온실가스 감축 의무화, 폐기물 해양배출 강화 등으로 인해 폐기물의 자원화에 대한 관심이 고조되고 있다. 국내에서 발생되는 가연성폐기물을 기존의 감량처리 대신 가스화 공정을 적용하여 합성가스로 전환할 경우 환경친화적이고 고효율의 에너지 회수가 가능하게 된다. 폐기물 가스화를 통해 얻어진 합성가스는 난방, 가스엔진 및 연료전지를 이용한 전기생산과 DME, SNG등의 합성연료유 제조에 활용될 수 있으며, WGS 반응 및 PSA 방법에 의해 수소를 얻을 수 있다. 이와 더불어 최근에는 메탄올과 CO의 합성을 통해 얻어지는 초산제조 공정에서의 원료로서 폐기물 가스화를 통한 합성가스 내의 CO를 활용하는 방안이 연구되고 있다. 이는 기존 초산 제조공정에서 CO를 생산하기 위해 소모되는 고가의 석유계(납사, 중질유) 원료를 절감할 수 있어 경제적으로 장점을 가지고 있다. 이를 위해서는 폐기물 가스화에서 발생된 합성가스 내에 포함된 금속성분, 분진등의 오염물질의 농도가 후단공정에 영향을 주지 않아야 하며, 초산제조공정의 안정적인 운전을 위해 합성가스의 CO, $H_2$ 조성 변화폭이 ${\pm}5%$이하로 유지되어야 하는 기술적인 문제를 해결해야 한다. 따라서 본 연구에서는 폐기물 가스화 시스템의 운전특성을 통해 환경성, 기술성, 경제성을 분석 평가 할 수 있도록 구성된 분석 프레임워크를 이용하여, 초산제조공정에 적용하기위한 상용급 폐기물 가스화 시스템의 특성을 비교 분석하였다.

가스 하이드레이트는 작은 고체 부피 내에 막대한 양의 가스를 저장할 수 있다는 특성으로 인하여, 최근 천연가스 혹은 메탄의 저장 매체로 활용하기 위한 연구가 활발히 진행중에 있다. 하지만 실제 응용을 위해서는 미세구조 분석이 수행되어 하이드레이트 형태로 저장할 수 있는 정확한 저장 용량을 파악할 필요가 있다. 본 연구에서는 여러가지의 고리형 에테르, 고리형 에스테르 및 고리형 케톤 화합물들을 테스트하여 메탄 가스와 반응하는 6가지의 새로운 sII 혹은 sH 하이드레이트 형성제를 파악하였다. 또한 새로이 발견된 형성제 모두에 대하여 하이드레이트 상평형도 측정하였다. 얻어진 상평형 데이터는 하이드레이트 안정영역과 게스트 분자 크기 간에 뚜렷한 상관관계가 있음을 입증하였다. 아울러 형성된 하이드레이트 샘플은 고체 분말 X-선 회절과 고체상 13C NMR 분석을 수행하여 하이드레이트 구조와 게스트 포집률을 조사하였다. 마지막으로, 비슷한 화학 구조식을 갖고 있음에도 2-methyltetrahydrofuran과 3-methyltetrahydrofuran, 혹은 4-methyl-1,3-dioxane과 4-methyl-1,3-dioxolane은 서로 다른 하이드레이트 결정 구조를 보여 주었는데, 이러한 차이는 하이드레이트 결정 구조를 결정짓는 게스트 분자 크기, 즉 임계 게스트 분자 크기를 파악하는 데에도 매우 유용한 정보를 제공할 수 있을 것이라 판단된다.

지구온난화의 주범으로 알려진 $CO_2$의 대기 중 농도는 산업혁명 이전 280ppm에서 산업 혁명 이후 375ppm으로 증가하였다. 정부 간 기후변화패널(IPCC)의 기후변화 시나리오에 의하면, 지금부터 다양한 감축노력을 한다 할지라도 $CO_2$ 증가추세는 계속되어 2100년경에는 대기 중 $CO_2$농도가 600~950ppm에 이를 것으로 예측하고 있다. 현재까지 화력발전부분은 온실가스($CO_2$)의 최대 배출 원으로 알려져 있으며 이 분야의 $CO_2$ 회수기술은 연소 후 포집(Post-combustion), 순산소 연소(Oxy-fuel combustion), 연소 전 탈탄소화(Pre-combustion) 3가지로 크게 구분된다. 이중 석탄가스화복합발전(IGCC)기술과 연계하여 $CO_2$를 회수할 수 있는 방법이 연소 전 탈탄소화 기술이다. 핵심기술은 $CO_2$ 분리공정으로 적용 될 수 있는 기술로서는 흡착 흡수법, 막분리법 그리고 가스 하이드레이트가 있으나 아직까지 우리나라의 가스 하이드레이트 기술은 전무한 형편이다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성원리를 이용하여 정온 정압 조건에서 $CO_2/H_2$ 하이드레이트를 제조하였으며 특히, 하이드레이트 형성 촉진제인 TBAB(Tetra-n-butyl ammonium bromide)를 첨가하여 TBAB 농도에 따른 상평형 및 속도론 실험을 수행 하였다. 또한 라만 분석을 통하여 $CO_2$ 회수 분리에 대한 연구도 병행하였다.

본 연구는 최근 하이드레이트와 유사한 형태인 semi-clathrate 형성을 통해 열역학적 촉진제로서 주목받고 있는 TBAF(Tetra-n-butyl ammonium fluoride)의 가스 하이드레이트 형성에 작용하는 영향을 알아보았다. TBAF를 10, 33.8, 45 wt%의 농도로 $CH_4+H_2O$, $CO_2+H_2O$, $N_2+H_2O$계에 첨가하여 가스 하이드레이트 3상 평형점(하이드레이트(H) - 물(Lw) - 기상(V)) 측정을 하였다. TBAF가 첨가된 경우 순수한 $CH_4$, $CO_2$, $N_2$ 가스 하이드레이트보다 평형조건이 더 높은 온도와 더 낮은 압력 영역에서 나타났으며 기체의 종류와 무관하게 TBAF의 농도가 33.8 wt%일 때 10, 45 wt%보다 뛰어난 촉진효과를 갖고 있음을 확인할 수 있었다. 이를 통해 양론비인 TBAF의 농도 33.8 wt% 이상에서는 반응을 하지 않고 남아있는 TBAF가 하이드레이트 생성반응에 방해요소로 작용하는 것을 알 수 있었다. 본 실험에서 얻어진 결과 TBAF를 촉진제로서 사용하는 가스 하이드레이트 공정이라면 33.8 wt% 농도의 사용이 가장 효과적일 것으로 사료된다.

본 연구에서는 $H_2+CO_2$(40%) 혼합기체로부터 이산화탄소를 효과적으로 분리/회수 하기 위하여 가스 하이드레이트 형성법을 제안하였다. 하이드레이트의 형성 조건을 보다 완화시켜 주기 위하여 열역학적 촉진제로서 TBAB (Tetra-n-butyl Ammonium Bromide, $(C_4H_9)_4NBr$))와 THF(Tetrahydrofuran)를 각각 첨가하여 열역학적 촉진 현상을 살펴보았다. 다양한 농도의 TBAB(10, 40, 60 wt%)와 THF(1, 5.56, 10 mol%)에 대하여 3상(H - Lw - V) 평형을 측정하였다. 그 결과 40 wt%의 TBAB와 5.56 mol%의 THF의 농도에서 가장 큰 촉진효과를 보였으며 그 이상의 농도에서는 오히려 촉진효과가 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 혼합가스 하이드레이트 형성시 양론비 이상의 TBAB와 THF가 첨가될 경우 반응에 참여하지 못한 TBAB와 THF가 가스 하이드레이트 형성을 방해하기 때문이다. 열역학적 촉진제로서 실제공정에 적용할 경우 40 wt%의 TBAB와 5.56 mol%의 THF를 사용하는 것이 가장 효과적일 것으로 사료된다. 본 실험에서 얻어진 결과는 가스 하이드레이트 형성법을 이용한 합성가스 분리 공정 개발에 중요한 기초 자료가 될 것이다.

본 연구에서는 실제 천연가스 구성성분인 메탄 (90%)+에탄 (7%)+프로판 (3%) 혼합기체를 사용하여 심해저 퇴적부에 존재하는 천연가스 하이드레이트 개발과 가스 하이드레이트 형성법을 이용한 천연가스 수송 및 저장법 개발을 위한 열역학적 특성을 살펴보았다. 천연가스 하이드레이트 개발 연구에서는 심해저 퇴적층의 영향을 살펴보기 위해 기공의 직경이 6.0, 15.0, 30.0, 100.0 nm인 다공성 실리카 젤을 사용하여 기공 직경에 따른 3상(하이드레이트 (H)-물 (LW)-기상 (V)) 평형을 측정하였다. 천연가스 하이드레이트 수송/저장법 연구에서는 천연가스 하이드레이트 형성 압력을 낮추어 줄 수 있는 열역학적 촉진제인 TBAB(농도: 5, 10, 40, 60 wt%)와 THF(농도: 1, 5.56, 10 mol%)를 첨가하여 각각의 농도에 따른 혼합 가스 하이드레이트의 3상 평형을 측정하였다. 그 결과 다공성 매질인 실리카 젤의 경우 기공 직경의 크기가 작아질수록 벌크상태의 하이드레이트에 비해 평형 온도는 낮아지고, 평형 압력은 높아져 저해효과가 커짐을 알 수 있었고, 열역학적 촉진제를 첨가했을 경우 TBAB의 농도가 40 wt%, THF의 농도가 5.56 mol%일 경우 촉진 정도가 가장 크게 나타났으며, 그 이상의 농도일 경우 가스 하이드레이트 형성 반응에 참여하지 않은 TBAB와 THF에 의해 오히려 촉진 정도가 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한 $^{13}C$ NMR 분석을 통해 혼합 가스 하이드레이트의 격자 형성과 기체 포집에 따른 구조적인 변화에 대해서도 살펴보았다.

자연 상태에서의 가스하이드레이트의 존재는 물의 빙점보다 높은 온도에서 가스 수송관이 막히는 사고가 관내에 생성된 하이드레이트에 의한 것으로 규명된 이후영구동토지역이나 심해저에 부존되어 있는 막대한 매장량으로 인해 매우 활발한 연구가 최근에 진행되고 있다. 가스하이드레이트는 수분의 량에 비해 대량의 가스를 함유하므로 인위적인 가스하이드레이트를 제조하기 위하여 여러 가지 연구 중 하이드레이트 반응을 촉진하는 촉진제(promoter)와 생성을 억제하는 억제제(inhibitor)를 찾는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 계면활성제와 고분자물질이 이들의 다양한 첨가제로 현제 사용되고 있다. 이러한 연구에서 메탄가스하이드레이트 형성에 영향을 미치는 대상물질로 선택한 DME(Dimethane Ether)는 산소 함유율이 34.8wt%인 함산소연료로 최근 신에너지로 부상하고 있으며, 해외 가스전 개발과 맞물려서 상용화단계에 들어와 있다. DME의 물리화학적인 특성으로는 상온의 온도에서 약5기압의 압력으로 액화 시킬 수 있다. 마취성이 강한 디에틸에테르와는 달리 마취성이 없을 뿐만 아니라 인체에 무해한 무색기체로 세탄가가 60가까이되어 경유(세탄가 55) 대체연료로 내연기관의 실증사업이 진행되고 있다. 이러한 특성을 갖고 있는 DME가 메탄가스 하이드레이트 생성에는 어떤 영향을 미치는지를 본 연구에서는 실험을 통해서 분석을 수행하였다. 실험과정에는 세 단계로 구분하여 진행하였는데 첫 번째 단계에서는 메탄가스만으로 하이드레이트 생성조건을 실험분석하였고, 두 번째 단계에서는 DME가스를 먼저 주입한후 동일 온도에서 메탄가스를 주입시켜 하이드레이트 생성 압력을 실험측정하였다. 마지막 단계에서는 DME가스를 약 두 배 정도 많이 주입한 후 동일 온도에서 메탄가스를 주입하여 하이드레이트 생성 압력을 측정하였디. 이러한 단계별 과정을 다소 온화한 $-5^{\circ}C{\sim}4^{\circ}C$의 온도 범위에서 반복적으로 수행하였다. 실험결과에서는 메탄만의 하이드레이트 형성보다 빙점($0^{\circ}C$) 이하의 온도 범위에서는 DME가 메탄하이드레이트 형성에 촉진제 역할을 하였고, 빙점 이상의 온도에서는 억제제의 역할을 하는 것으로 측정되었다. 또한 첨가된 DME의 양에 따라 촉진제의 역할과 억제제의 역할에 확연한 차이를 보였다. 추후 실험에서는 좀더 넓은 농도, 온도 및 압력범위에서 재현성 실험을 추가로 수행할 것도 제안한다.

천연가스를 대체하며 21세기 신 에너지원으로 기대되고 있는 메탄 하이드레이트가 주목을 받게된 것은 1930년대 시베리아의 화학 플랜트에서 고압의 천연가스 수송용 파이프라인이 막히는 사고가 빈번하게 발생하여 그 원인을 조사한 결과, 파이프 내에서 가스와 물이 결합하여 하이드레이트를 형성하고, 그것이 파이프의 내벽에 부착되어 파이프를 막고 있다는 것으로 밝혀지면서 천연가스 하이드레이트가 주목을 받게 되었다. 또한 메탄 하이드레이트의 경우 46개의 물분자에 8개의 메탄가스 분자가 포획된 구조로, 그 분자식은 $CH_4{\cdot}5.75H_2O$이다. 따라서 메탄가스와 물의 이론적 용량비가 216:1로써, 표준상태에서 $1m^3$의 메탄 하이드레이트는 $172m^3$의 메탄가스와 $0.8m^3$의 물로 분해된다. 만약 이와 같은 특징을 역으로 이용할 경우 메탄을 주성분으로 하는 천연가스를 물에 포집시켜 인공적으로 하이드레이트를 제조할 수 있기 때문에 천연가스 수송 및 저장의 수단으로써 그 중요성이 커지고 있으며, 액화수송보다 18-24%의 비용절감이 이루어진다고 보고하였다. 그러나 인공적으로 메탄 하이드레이트를 제조할 경우 가스 포집율의 예측이 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 동일한 조건에서 메탄 하이드레이트 형성의 반복성 실험을 10회 수행한 결과 과냉도가 클수록 최대최소차이가 줄었고 또한 교반을 시킬 경우도 최대최소차이가 줄어 들었다.

저분자량의 가스와 물이 물리적 결합으로 이루어진 가스 하이드레이트는 상대적으로 많은 양의 가스가 포집될 수 있다는 특성을 이용하여 다양한 분야에서 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 매립지에서 발생되는 매립가스를 하이드레이트의 원리를 이용하여 효율적으로 저장 및 수송하기위한 공정에 적용하기위해 필요한 매립지 가스 하이드레이트의 상평형에 대한 특성을 분석하고자한다. 일반적으로 매립지 가스에는 메탄이 약 50%, 이산화탄소가 약 35%, 질소가 약 6% 포함되어 있으며 그 밖에 산소, 수분, 암모니아 황화수소 메르캅탄 등 할로겐 계통을 포함한 탄화수소계화합물 수십여종이 포함되어 있다. 이러한 매립지가스를 하이드레이트화 하기위해서는 매립지가스에 포함된 다양한 성분들이 하이드레이트 형성에 미치는 영향을 알아볼 필요가 있다. 특히 황화수소의 경우 독성이 있으며, 실제 플랜트에서 장비의 부식등 악영향을 미치므로 이와 관련한 기초 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 메탄, 이산화탄소, 황화수소가 각각 49.9%, 50.05%, 500ppm의 조성으로 이루어진 혼합가스를 이용하여 하이드레이트 생성 및 해리 시 거동을 측정하고 그 상평형 영역을 기존데이터와 비교분석 하였다. 25bar, 36bar에서 측정한 상평형 데이터는 한국해양대학교 에서 측정한 결과와 마찬가지로 실제 상평형 영역이 CSMHYD 프로그램으로 예측한 것보다 하이드레이트의 안정영역이 약 2bar 정도 높게 형성되는 것을 확인하였으며, $CH_4+CO_2+H_2S$ 혼합가스 하이드레이트의 생성 시 mol consumption은 $CH_4+CO_2$ 혼합가스 하이드레이트와 유사하게 나타났다. 이 결과로 유추하건대, 황화수소의 첨가는 하이드레이트의 형성 압력을 높이지만, 하이드레이트 형성률에는 크게 영향을 미치지 않는다고 할 수 있다.

매립지에서 유기물의 분해로 발생되는 매립가스는 악취 등으로 인한 대기오염뿐만 아니라 온난화지수가 21인 메탄이 약 50vol% 포함되어 있어 지구온난화에 큰 영향을 미친다. 하지만 매립가스를 에너지원으로 활용하면 대기오염저감, 지구온난화 감소, 대체에너지원 확보뿐만 아니라 CDM사업 등과 연계하여 부가수익창출이 가능하다. 현재 국내에는 약 242개의 폐기물매립지가 있는데, 이중 매립가스를 활용하는 곳은 단지 14개소로 개별 경제성이 있는 대형매립지에서만 자원화시설을 설치하여 운영 중이며 그 외 매립지에서는 매립가스를 소각 또는 단순 대기 방출하여 대기오염유발과 동시에 대체에너지원 미활용으로 국가차원에서 큰 손실이므로 이를 활용할 수 있는 기술개발이 시급하다. 본 연구에서는 중소규모 매립지에서 발생하는 매립가스를 중심적환장으로 이송하여 경제성을 가지는 에너지원으로 활용할 수 있는 기술개발을 목표로 하이드레이트 기술을 접목한 기초연구를 수행하였다. 매립지에서 매립가스가 생성되는 과정에 표층부의 균열 및 차수막의 손상과 포집하는 공정에서 블로워 등의 사용으로 질소가 다량 포함되며 질소의 경우 상당히 높은 압력과 낮은 온도에서 하이드레이트를 형성하므로, 매립가스 하이드레이트 형성시 질소의 영향에 대해 알아보았다. $CH_4+CO_2$ System과 $CH_4+O_2+N$ System에 대하여 각각의 실험조건에서 Kinetic을 측정하였으며, 실험전후의 가스 조성을 Gas Chromatography로 정성, 정량 분석하였다. 실험결과 매립가스에 공기가 유입될 경우, 질소의 영향으로 하이드레이트 생성조건이 가압되었고 하이드레이트 내 메탄의 함량비율이 줄어들었다.

가스하이드레이트(gas hydrate)는 고압과 저온 조건에서 물분자간의 수소결합으로 형성되는 3차원 격자구조에 동공(cavity)이라는 빈 공간이 생기고 이 동공에 가스가 물리적으로 포획되어 생성되는 것으로, 수소결합을 하는 물의 격자(Host) 내에 메탄등의 저분자가스(Guest)가 포획된 결정체이다. 가스 하이드레이트는 미량의 물을 첨가, 가압하면 부피비로 약 200배의 가스를 고상의 형태로 저장할 수 있으며, 열역학적으로 안정된 결정체이기 때문에 하이드레이트로 존재하기 위한 최소한의 온도, 압력조건이 충족되면 고상으로 항구적인 존재가 가능할 수 있어 가스의 수송 및 저장에 높은 경제성을 가지는 방법이다. 현재 운영중인 전국의 242개소 매립지 중에서 발전 및 연료로 활용가능한 조건을 같춘 자원화 대상 매립지는 약 14곳에 불과한 형편이고 이들 중 대부분 시설은 자원화 시설을 운영하고 있으나. 중소규모 매립지에서 발생하는 LFG에 대하여 효율적인 이용 및 처리 방안이 없어 태워 없어지거나 방치하는 등 매립가스를 활용하는 기술은 미흡한 실정이다. 이러한 LFG는 많은 환경적인 문제를 야기하지만, 50vol% 이상의 고농도 메탄이 함유되어 있어 이를 대체에너지원으로 이용할 경우 환경적인 문제를 해결함과 동시에 신재생에너지원으로 활용 가능하다. 본 연구에서는 중소규모 매립지에서 발생하는 LFG를 활용하기 위하여 하이드레이트 형성/해리 Pilot plant의 제작을 통하여 $CH_4$와 $CO_2$(단일, 복합가스의 실험)의 하이드레이트화 연구를 진행 중이다.

CFRP는 우수한 기계적 강도와 경량 특성으로 인하여 NGV/FCV용 가스를 저장하기 위한 재료로서 널리 이용되고 있다. 탄소 섬유와 에폭시로 이루어진 CFRP는 화염 노출 시 매트릭스의 열적 분해 반응에 의해 급격한 물성 변화를 일으킨다. CFRP 메트릭스가 100kW/$m^2$ 이하의 열플럭스에 노출되는 경우 표면온도 변화에 따른 용기 내부로의 열확산 메카니즘을 규명하기 위해서는 시간에 따른 경계조건의 변화를 명확히 할 필요가 있다. 본 연구에서는 Fuel bed type 가열장치의 열플럭스를 계산하였으며 계산된 열플럭스에 노출되는 CFRP 용기 표면의 온도 변화 측정 실험을 수행하였다. 또한 측정 결과를 보고된 문헌의 결과와 비교하였다.

용융탄산염 연료전지(MCFC)는 $650^{\circ}C$에서 작동하는 고온형 연료전지 시스템이다. 이 시스템은 천연가스 등을 개질하여 생산된 수소를 바로 전기로 생산할 수 있는 시스템으로 열효율이 높으며, 현재 대체 발전시스템으로 각광을 받고 있다. MCFC는 개질방식에 따라 내부개질 방식과 외부개질 방식이 있다. 내부개질 방식은 수소를 생산하는 개질기가 스택내부에 장착된 형식으로 천연가스를 스택내부에서 개질하여 바로 전기를 생산하는 방식이다. 이 내부개질반응에 사용되는 촉매로는 알루미나에 담지된 니켈(Ni) 계열촉매이 주로 쓰이고 있다. 또한 내부개질촉매의 형태는 작은 원주형의 촉매형태로 성형되어 사용된다. 이 성형된 촉매의 크기가 바로 내부개질 스택의 크기를 결정하는 중요한 요소이다. 그래서 촉매의 크기는 되도록이면 작게 성형하는 것이 중요하다. 그러나 촉매의 크기가 너무 작으면 촉매를 성형하는데 큰 어려움이 생기게 된다. 본 연구에서는 니켈 촉매를 공침법이 아닌 균일용액침전법을 이용하여 제조하였으며, 이 촉매를 이용하여 지름이 약 2 mm 이하로 촉매를 압출성형하는 방법을 연구하였다. 먼저 요소(urea)를 이용한 균일용액침전법으로 촉매를 제조하였다. 최적의 촉매 합성조건을 살펴보기 위해서, 반응 온도를 80, 85, 90, 95, $100^{\circ}C$로 변화 시키면서 제조된 촉매의 특성을 살펴보았다. 그리고 촉매의 적절한 니켈 양을 알아보기 위해서 니켈의 양을 30, 40, 50, 60, 70 wt%로 변화 시켰으며, 조촉매로 사용되는 MgO 양을 5, 10, 15, 20 wt%로 변화 시켜서 제조된 촉매의 특성을 살펴보았다. 물성을 비교하기 위해서, X-선 회절분석(XRD) 및 TPR, 물리화학흡착을 하였다. 그 결과 침전반응온도가 $80^{\circ}C$에서 촉매가 가장 좋은 물성을 보였으며, 우수한 개질성능을 보였다. 그리고 촉매 활성물질인 니켈의 함량은 50 wt% 정도가 가장 적절한 함량이었으며, MgO의 함량이 15 wt%일 때 가장 우수한 물성과 개질 성능을 보여주었다. 이 촉매들은 공침법으로 제조된 상용촉매와 비교하였을 때, 보다 우수한 물성과 개질성능 보였다. 그래서 이 촉매를 균일침전법을 이용하여 대량으로 제조한 다음 압출성형 방법을 이용하여 촉매를 원주형으로 제조하였다. 먼저 제조된 촉매는 별도의 분쇄작업(볼밀 혹은 제트밀)을 거치지 않아도 입자사이즈가 약 $4{\mu}m$ 수준이 나오도록 촉매 제조조건을 조절 하였다. 그리고 소량의 Methyl cellulose(MC) 바이더와 물만 사용하여 촉매를 혼합한 다음 스크류 압출기를 이용하여 촉매를 성형하였다. 이 촉매는 지름이 약 2 mm 이하로 제조할 수 있었으며, 기계적 강도는 타정기로 성형한 상용촉매보다 우수하였다. 그리고 촉매 성능 또한 상용촉매와 비교하였을 때, 우수한 성능 보였다. MCFC용 내부개질 촉매로 균일용액침전법을 사용한 촉매가 적합하다고 판단되며, 압출성형에도 적합하다고 판단되었다.

본 연구에서는 천연가스 수증기 개질반응에 니켈 촉매가 코팅된 금속 구조체 촉매를 적용하여 수소를 생산하였다. 금속구조체 촉매는 기존 펠릿 촉매가 충진 된 촉매반응기에 비해 열 및 물질 전달 특성이 우수하여 이를 여러 개질반응에 적용하고자하는 연구가 수행되어 왔다. 하지만, 기존 금속구조체 촉매의 개발에 있어 촉매와 금속 지지체간의 안정한 결합을 통한 열안정성 확보에 대한 문제는 여전히 해결과제로 남아 있다. 따라서, 본 연구에서는 니켈 촉매를 금속 지지체에 안정하게 부착하기 위한 금속 지지체 표면 처리 방법을 개발하였으며 금속 구조체의 형상에 상관없이 균일한 표면처리가 가능하였다. 개발된 표면 처리방법을 적용한 금속 구조체 촉매는 촉매와 금속지지체간의 결합력 향상으로 인해 120시간 이상 안정한 반응활성을 보였다. 또한, 빠른 공간속도에서도 펠릿촉매와 표면처리를 적용하지 않은 금속 구조체 촉매에 비해 높은 촉매 활성을 보였다. 뿐만 아니라, 본 연구에서 개발된 표면처리를 모노리스와 폼을 비롯한 다양한 형상의 금속구조체 촉매에 적용하여 기하학적 표면 특성에 따른 촉매의 활성 차이를 살펴보았다. 겉보기 표면적이 넓은 금속구조체일 수록 촉매의 고분산 코팅에 유리하여 높은 활성을 보였다.

연료개질기는 연료전지 시스템의 핵심 구성요소 중의 하나로 도시가스로부터 수소를 생산하는 역할을 담당한다. 연료개질기는 주로 탈황, 수증기 개질, 수성가스 전이, 선택적 산화 반응의 4단계로 구성되어 있으며 이 중 상온 탈황부분을 제외한 나머지 부분은 일체화 설계를 통해 제작된다. 탈황의 경우 도시가스에 포함된 부취제인 황화합물를 제거하여 후단에 위치한 촉매층이 황에 의해 피독되는 것을 막는 역할을 하며 주로 상온흡착식 탈황제를 사용한다. 황이 제거된 도시가스는 물과 함께 연료개질기로 도입되어 수증기 개질반응을 통하여 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 소량의 메탄과 미반응 수증기로 구성된 개질가스로 전환된다. 이후의 수성가스 전이반응에서는 일산화탄소가 물과 반응하여 수소 생산량을 늘리며 동시에 일산화탄소의 농도를 낮추게 된다. 또한 고분자 전해질 연료전지에 공급되는 개질가스는 선택적 산화반응을 통하여 일산화탄소의 농도를 10ppm이하로 유지하게 된다. 이러한 기능의 연료개질기 개발의 주요 이슈로는 컴팩트화 및 고효율화이며 이 두가지 요소를 고려하여 연료개질기를 설계하여야 한다. 연료전지 시스템의 전체부피를 줄이기 위한 노력의 일환으로 연료개질기의 컴팩트화가 요구되는데 가정용 연료전지 기술 선진국인 일본 제품의 경우 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 부피는 20L정도로 알려져 있다. 또한 연료전지 시스템의 효율은 연료개질기의 개질효율과 연료전지 스택의 발전효율의 곱으로 계산되기 때문에 연료개질기의 연료개질 효율은 전체 시스템의 효율에 직접적으로 영향을 미치게 된다. 한국에너지기술연구원에서는 수소생산량 기준 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 개발을 완료하였으며 크기 및 효율면에서 선진국 제품과 비교하여 동등 또는 우위의 수준을 달성하였다. 연료개질기 내부의 혼합 및 분배 구조를 개선하고 각 촉매층의 최적 배치를 통해 연료개질기의 부피를 최소화 하였으며 연료개질기 내부에서 고온부위와 저온부위 사이의 최적 열교환을 통해 열효율을 극대화 시켰다. 현재 개발된 $1Nm^3/h$급 개질기의 단열 후 부피는 13.5L 그리고 단독운전 시 열효율은 80%(LHV)로 측정되었다. 또한 $1Nm^3/h$급의 연료개질기의 스케일-업 설계를 통하여 수소생산량 3, $5Nm^3/h$ 규모의 연료개질기를 개발하였으며 성능평가가 진행 중이다.

Within recent years attention has been focused on the method of hydrogen storage using metal hydride reactor due to its high energy density, durability, safety and low operating pressure. In this paper, a numerical study is carried out to investigate the coupled heat and mass transfer process for absorption in a cylindrical metal hydride hydrogen storage reactor using a newly developed model. The simulation results demonstrate the evolution of temperature, equilibrium pressure, H/M atomic ratio and velocity distribution as time goes by. Initially, hydrogen is absorbed earlier from near the wall which sets the cooling boundary condition owing to that absorption process is exothermic reaction. Temperature increases rapidly in entire region at the beginning stage due to the initial low temperature and enough metal surface for hydrogen absorption. As time goes by, temperature decreases slowly from the wall region due to the better heat removal. Equilibrium pressure distribution appears similarly with temperature distribution for reasons of the function of temperature. This work provides a detailed insight into the mechanism and corresponding physicochemical phenomena in the reactor during the hydrogen absorption process.

전 세계는 온실 가스의 방출을 줄이기 위하여 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 에너지를 찾기 위해 연구개발에 박차를 가하고 있다. 이러한 계속적인 연구에서, 전 세계의 국가들은 태양열, 풍력, 지열 및 수소에너지와 같이 화석연료를 대체할 다양한 가스를 조사해왔다. 대체에너지 중 수소 연료는 실제로 배출가스가 없기 때문에 가장 유망한 대안이라고 할 수 있다. 연료전지자동차용 연료로 수소를 사용하기 위해서는 저장합금, 액체 및 압축 상태로 저장할 수 있다. 이 중 세계 대부분의 자동차 메이커 들은 수소를 압축하는 방식을 채택하고 있으며, 주행거리를 확보하기 위하여 고압상태로 수소가스를 저장하는 방식을 사용한다. 수소연료전지 자동차용으로 고압의 수소를 저장할 수 있고, 자동차에 탑재할 수 있도록 가벼운 용기의 개발이 진행되고 있다. 이 중 Type3와 Type4 형태의 용기가 시범적으로 적용되고 있으며, 이러한 용기의 안전성을 확보하기 위한 기준들이 국 내외에서 개발되고 있다. 현재 국제기준 중 UN ECE의 WG.29에서 선진국들을 중심으로 수소연료전지 자동차용 용기의 안전성 평가를 위한 기준을 개발하고 있다. 본 연구에서는 ISO. 15869의 기술기준에 대한 안전성 분석과 미국의 SAE J2579의 기술 보고서에서 제시한 새로운 개념의 안전성 평가 기법을 기준으로 제정되고 있는 UN ECE WG.29의 draft초안을 비교하고, 향후 수소연료전지 자동차용 용기를 위한 국내기준의 방향을 제시하고자 한다.

본연구에서는 GTL(gas to liquids)공정의 합성가스 생산을 위해 수증기-이산화탄소 복합개질반응(Combined Steam and Carbon dioxide Reforming of Methane, CSCRM)을 수행하였다. CSCRM은 수증기와 이산화탄소의 공급비 조절을 통해 $H_2$/CO비를 2로 맞추기 용이한 장점을 지니고 있어 다른 단일 개질 반응과 달리 합성가스 생산 시 $H_2$/CO 비율을 조절하기 위한 부가적인 공정이 필요하지 않아 경제적인 공정이다. 일반적으로 사용되는 Ni개질촉매는 가격대비 우수한 성능을 보이지만 S/C비가 낮은 CSCRM의 경우 촉매표면의 탄소침적에 의한 비활성화가 야기되는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 산소저장능력과 산소전달능력이 우수한 $CeO_2$를 조촉매로 첨가하여 표면에 형성된 코크 제거가 용이하도록 하였다. Ni-Ce/$MgAl_2O_4$촉매는 동시함침법(co-impregnation)으로 제조하였으며, Ni의 함량을 10wt%로 고정한 상태에서 Ce의 함량을 조절하여 Ce/Ni 최적비를 찾고자 하였다. XRD, TPR, BET, $H_2$-Chemisorption과 같은 촉매의 특성분석을 통해 촉매의 비표면적, 환원특성과 Ni입자의 분산도 등을 확인하였다. Ce를 첨가함에 따라 Ce2.5wt%까지는 비표면적이 증가하다가 이후 점차 줄어드는 경향성을 보였다. 또한, $H_2$-Chemisorption 결과 역시 비표면적과 유사한 경향성을 보였는데, Ce5.0wt%까지 Ni 분산도가 증가 하다가 다시 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 반응실험은 $H_2O:CO_2:CH_4:N_2$ = 0.8:0.4:1:1의 공급조건에서 수행하였으며, 질소와 수소 환원분위기로 $700^{\circ}C$에서 1시간 환원 후 $650^{\circ}C$에서 $550^{\circ}C$범위로 온도를 떨어뜨려가면서 반응을 수행하였다. Ce를 첨가함에 따라 $CH_4$ 전환율이 증가를 하다가 Ce2.5wt% 이후 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 높은 촉매 활성은 Ce 첨가로 인해 환원특성이 좋아지고 Ni분산도가 증가하여 담체와 강한 상호작용(SMSI)을 형성함으로 탄소침적 저항성 강화에 기인한 것이다.

수소경제로 가는 길목에서의 압축천연가스에 수소를 첨가한 수소-압축천연가스(HCNG)는 자동차 연료로서의 뛰어난 효과로 인해 미국, 캐나다, 유럽 등에서는 강화되고 있는 자동차의 배출가스 규제에 대해 만족할 수 있는 차세대 천연가스 자동차의 대안으로서 관련 기술개발과 실증사업에 주력하고 있다. 향후 수소시대의 도래에 즈음하여 HCNG의 사용은 수소사용에 대한 인식 향상과 아울러 수소사용을 안정적으로 공급할 수 있는 토대를 마련하고 수소제조 등 여러 분야에서 기술개발을 할 수 있는 부가적인 효과가 있다고 하겠다. 따라서 최근 국내에서 시내버스와 청소차등에서 천연가스 차량의 보급이 확대되고 있고, 충전소도 점차 확대되고 있는 상황에서 HCNG 연료의 적용가능성을 확인하기 위한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 선진국과 국내의 기술개발 현황을 소개하고 향후 우리에게 필요한 과제가 무엇인지를 생각해보는 기회를 갖고자 하였다.

본 연구는 자외선 영역의 흡수로 전자 정공의 전하쌍을 생성함으로써 광전압 및 전류를 일으키는 티타니아 물질을 금속지지체 표면에 양극산화로 튜브형 $TiO_2$(anodized tubular $TiO_2$; ATT)로 제조한 후 나노크기의 금속 혹은 $WO_3$입자를 담지하여 광감응 재료로 활용하였다. 이는 기존의 입자나 콜로이드 형태로 광촉매 물질을 고정화하여 사용한 재료의 탈리현상 및 효율저하를 극복하기 위함이다. ATT는 전해질 내에 전기화학적 에칭율과 화학적 용해율의 비율에 의해 나노튜브 길이 성장에 영향을 미치는데 이를 유기 전해질과 불산 전해질을 사용하여 정전압 혹은 정전류의 조건에서 다양한 길이의 $TiO_2$ 나노튜브를 제조하였다. 여기에 전기분해담지(electrolytic deposition; ELD)를 통하여 정전류 조건에서 다양한 금속(Pt, Pd, Ru)을 나노크기의 형태로 담지하여 광촉매 내 생성된 전자 정공의 재결합을 줄이고자 하였고 $WO_3$의 담지를 통하여 가시광 감응을 높이고자 하였다. 제조된 여러 조건의 시료는 SEM과 EDAX를 통하여 형태와 길이, 담지량을 확인 하고 XRD를 이용하여 열처리 온도에 따른 결정화상태를 확인하였으며 광전류 측정 및 Cr(VI)의 광환원과 MB의 광분해를 통하여 광효율을 관찰하였다. 금속이 도핑되었을 경우 순수 ATT보다 보통 3배의 흡착률과 UV광원 아래 2배의 광효율을 관찰할 수 있었는데 이 중 Pt의 담지가 가장 효율이 좋았으며 흡착률에서는 담지량의 증가에 따른 증가선을 관찰 할 수 있었으나 광원 사용시 3%담지율에서 최적을 확인 할 수 있었다. 또한 $TiO_2$외 가시광감응 활성을 높이기 위한 다양한 광촉매제조가 진행 중에 있다.

본 연구에서는 양극산화된 $TiO_2$ 전극(anodized tubular $TiO_2$ electrode, ATTE)을 수소제조용 PEC(Photoelectrochemical)시스템에서 광어노드와 기존의 백금전극을 대체하고 $H^+$ 환원능을 향상시키기 위하여 엔자임(Pyrococcus furiosus, Pfu)을 고정화한 후 캐소드로 동시에 활용하였으며, 엔자임 고정을 위한 crosslinker 종류 및 금속담지 여부, ATTE 길이를 통한 수소발생양에 미치는 영향을 연구하였다. ATTE 표면과 엔자임의 amine group의 연결을 위하여 heterobifunctional crosslinker로써 사슬 길이가 상대적으로 짧은 Sulfo-SDA가 유리하였으며, 금속담지의 경우 짧은 튜브의 경우 1% 내에서 효과가 증진되었으나 긴 튜브의 경우는 오히려 광전류 및 궁극적으로 수소발생속도에 불리하게 작용하였다. 또한, 튜브 길이가 긴 ATTE가 짧은 ATTE 보다 수소발생양에서 더욱 효율적임을 알 수 있었다. 텅스텐산화물 담지의 가시광감응에의 담지 효과는 예비 실험 결과로 나타나지 않아, 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다.

선택적 CO 산화반응(PrOx)을 위한 Ru이 고분산 담지된 $Ru/{\alpha}-Al_2O_3$ 촉매를 증착-침전법(deposition-precipitation)으로 제조하였다. 용액의 pH와 aging 시간에 따른 Ru 입자의 크기 변화와 분산도의 영향을 살펴보았으며 함침법(impregnation)으로 비교 촉매를 제조하였다. 촉매의 특성분석은 BET, TPR, CO-Chemisorption분석을 수행하여 촉매의 비표면적, 환원특성, 분산도를 알 수 있었다. 특성분석결과, 증착-침전법으로 제조한 $Ru/{\alpha}-Al_2O_3$ 촉매가 함침법으로 제조한 촉매에 비해 분산도가 높았으며, pH별 촉매 제조에서는 pH6.5로 제조한 촉매가 22.06%로 가장 높은 분산도를 보였다. 또한, 담체의 비표면적 영향에 따른 Ru 입자의 분산도를 살펴보기 위해 ${\gamma}-Al_2O_3$와 ${\alpha}-Al_2O_3$ 담체를 적용한 결과, 비표면적이 작은 ${\alpha}-Al_2O_3$ 담체 표면에서 Ru 분산도가 ${\gamma}-Al_2O_3$ 담체에 비해 높았다. 이는 기공이 발달하여 비표면적이 넓은 ${\gamma}-Al_2O_3$ 담체는 소량의 Ru을 고분산 담지 시 담체 표면보다는 기공 내에 담지 되는 양이 많아 실제 반응 시 반응에 참여하는 표면 활성 금속양이 적음을 알 수 있다. 특히, 선택적 산화반응과 같이 표면에서 빠른 반응이 일어나는 경우, 기공 내부의 활성금속이 반응에 참여하기 어려워 반응 활성이 낮음을 PrOx 반응실험을 통해 확인할 수 있었다. PrOx test 조건은 GHSV 250000~60000, 온도는 80~200도, 람다값은 2~4로 성능 비교하여 실험 하였다. PrOx의 성능평가 결과 담체를 ${\alpha}-Al_2O_3$를 사용하여 deposition-precipitation방법으로 제조한 pH6.5 촉매에서 $100{\sim}160^{\circ}C$에서 90%의 가장 높은 CO conversion을 가지고 18%의 선택도를 가졌다.

In this work, the hydrogen production costs of the nuclear energy sources are estimated in the necessary input data on a Korean specific basis. G4-ECONS was appropriately modified to calculate the cost for hydrogen production of HTE process with Very High Temperature nuclear Reactor (VHTR) as a thermal energy source rather than the LUEC (Levelized Unit Electricity Cost). The general ground rules and assumptions follow G4-ECONS. Through a preliminary study of cost estimates, we wished to evaluate the economic potential for hydrogen produced from nuclear energy, and, in addition, to promptly estimate the hydrogen production costs for an updated input data for capital costs. 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.

We investigated the effect of chemical acid treatments on hydrogen storage behaviors of the ordered mesoporous carbons (MCs). The surface functional groups and specific elements of the MCs were characterized with Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectrometry and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Also, the changes in the surface functional groups of the MCs were quantitatively detected by Boehm's titration method. The structural properties of the MCs were investigated using X-ray diffraction (XRD). The hydrogen adsorption capacity of the MCs was evaluated by means of adsorption isotherms at 77 K/1 bar. The formation of surface functional groups by the acidic treatments could influence on the hydrogen storage capacity of the MCs.

한 단계 수성가스전이반응(Single stage water gas shift reaction)을 위해 높은 산소저장능(OSC: Oxygen Storage Capacity)을 가진 $CeO_2$를 담체로 사용하여 $Pt/CeO_2$ 촉매를 설계하였다. 촉매의 제조 조건은 촉매 활성과 매우 밀접한 관계가 있다. 따라서 $Pt/CeO_2$ 촉매에 제조변수를 다양하게 변화하여 성능을 평가하였다. 촉매 반응 실험은 공간속도(GHSV: Gas Hourly Space Velocity) $45,515h^{-1}$에서 수행하였다. 본 연구에서는 $Pt/CeO_2$ 촉매를 최적화하기 위해 촉매 제조 조건 중 소성온도, 배치 당 제조질량, 전구체 그리고 pH 와 같은 다양한 제조 조건으로 촉매의 성능을 평가하였다.

조촉매(Promotor)인 Na은 수성가스전이(Water Gas Shift, WGS) 반응 시 생성된 포름산염의 C-H결합을 쉽게 분해하는 역할을 한다. 본 연구에서는 $Pt/CeO_2$ 촉매의 성능 향상을 위해 Na의 담지량을 변화시켜 촉매적 활성을 비교하여 보았다. 제조된 담체는 침전법(Precipitation)을 사용하여 제조하였으며 $500^{\circ}C$에서 6시간 소성하였다. Pt 담지량은 1wt%로 고정하였고 Na 담지량은 1 wt%~5 wt%로 변화를 주어 동시(공)-함침법(Co-incipient wetness method)으로 담지 시켰다. 반응 실험은 공간속도(Gas Hourly Space Velocity, GHSV) $45,385h^{-1}$에서 수행하였다. WGS 반응 결과 3 wt%의 Na이 담지된 $Pt/CeO_2$ 촉매의 경우를 제외하고 나머지 Na이 담지된 촉매들은 비교적 높은 CO의 전환율을 나타내었다. 특히 2 wt%의 Na이 담지된 $Pt/CeO_2$ 촉매는 가장 높은 CO의 전환율을 나타내었다. 따라서 Na 담지량의 변화가 포름산염의 C-H결합 분해에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.

천연가스 수증기 개질 반응에 사용되는 펠릿 촉매의 단점인 열 및 물질 전달 제한, 낮은 effectiveness factor, 압력강화와 channeling 등의 문제점을 해결 하고자 모노리스 형태의 금속 구조체 촉매를 본 연구에 적용 하였다. Fecralloy 재질의 금속 구조체에 Ni 촉매를 워시코팅 (wash coating) 하여 제조 하였으며, 이를 천연가스 수증기 개질 반응에 적용하여 수소를 생산하였다. 실험 조건으로는 S/C ratio를 3으로 고정하여 온도를 $600^{\circ}C{\sim}800^{\circ}C$로 변화 시켰으며, GHSV $3000{\sim}30000h^{-1}$에서 진행 되었다. 구조체 촉매 코팅에 사용된 Ni 촉매의 BET, TPR, H2-chemisorption, SEM, EDS의 특성분석을 수행 하였다. 온도별 테스트에서 모노리스 형태의 금속 구조체 촉매가 펠릿 형태의 촉매에 비해 우수한 열전달 효과로 인해 낮은 퍼니스 온도와 높은 반응 활성을 나타내었으며, GHSV 변화에 따른 성능평가 결과도 15wt% $Ni/MgAl_2O_4$펠릿 촉매와 비교하여 금속 구조체 촉매가 높은 활성을 보였다.

Two ocean current power parks are suggested in the front and back of the Garyuk draining sluices of Saemankeum in Korea. They are characterized by installing a plurality of ocean current turbine generators which are arranged in five rows respectively in the land-side ocean current power park behind the Garyuk draining sluices and in the sea-side ocean current power park before the Garyuk draining sluices, generating electricity using the ocean current flowing through the Garyuk draining sluices in the ebbs and tides of Yellow sea. The potential energy of tidal difference of 2.611m at neap in Saemankeum can be converted into the kinetic energy of high speed ocean current via the Garyuk draining sluices which makes it possible to run the ocean current power parks on a large scale. The total facility capacity of two ocean current power parks that consist of 240 ocean current turbine generators with 4m diameter of turbine blades is about 134MW, and the expected total annual power output is about 586GWh.

In this study, the wave power resources at the southern sea of Korea were estimated by using the hindcasted wave data of previous researches. The used data were wave heights, periods and directions which were hindcasted around the Korea peninsular from 1979 to 2003. The spatial resolution of the hindcasted data is $1/6^{\circ}$(about 18 km). In winter, the northwest monsoon increase the wave power, while the wave power around Korea peninsular is very small in spring. The maximum value of the annual mean wave power is about 13 kW/m at Gageo-do, Heuksan-do and western region of Jeju-do, while those at the southern sea of Korea is only 4 kW/m, which is relatively small. The wave power at Korean east sea is lower than that of Korean southern sea. We obtained the wave resources information, in a fine grid, at Gageo-do, Heuksan-do, and western sea of Jeju-do, by solving SWAN model with the boundary conditions of hindcasted wave data.

Due to global warming, the need to secure an alternative resource has become more important nationally. Due to the high tidal range of up to 9.7m on the west coast of Korea, numerous tidal current projects are being planned and constructed. The rotor, which initially converts the energy, is a very important component because it affects the efficiency of the entire system, and its performance is determined by various design variables. In this paper, a design guideline of current generating HAT rotor and acceptable field rotor in offshore environment is proposed. To design HAT rotor model, wind mill rotor design principles and turbine theories were applied based on a field HAT rotor experimental data. To verify the compatibility of the rotor design method and to analyze the properties of design factors, 3D CFD model was designed and analysed by ANSYS CFX. The analysis results and findings are summarized in the paper.

The tidal current power is the power plant by installing the turbine or rotor where the tidal speed is fast. This system converting the horizontal movement to rotating energy. Tidal power turbine is needed for the dam to utilize the pressure difference. However, tidal current power using the only flow. The tidal current power was evaluated as the impact on the marine environment surrounding was less and the development of eco-friendly way. In this article, we calculated the effect of tidal current turbine on the tidal power generating by mean of CFD. With these calculated results, we checked the possibility of tidal current power using tidal power plant the discharge gate.

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. Ocean contains energy in form of thermal energy and mechanical energy: thermal energy from solar radiation and mechanical energy from the waves and tides. The current paper looks at generating power using waves. The primary objective of the present study is to maximize the primary energy conversion (first stage conversion) of the base model by making some design changes. The model entire consisted of a numerical wave tank and the turbine section. The turbine section had three components; front guide nozzle, augmentation channel and the rear chamber. The augmentation channel further consisted of a front nozzle, rear nozzle and an internal fluid region representing the turbine housing. Different front guide nozzle configuration and rear chamber design were studied. As mentioned, a numerical wave tank was utilized to generate waves of desired properties and later the turbine section was integrated. The waves in the numerical wave tank were generated by a piston type wave maker which was located at the wave tank inlet. The inlet which was modeled as a plate wall which moved sinusoidally with the general function, $x=asin{\omega}t$. In addition to primary energy conversion, observation of flow characteristics, pressure and the velocity in the augmentation channel, rear chamber as well as the front guide nozzle are presented in the paper. The analysis was performed using the commercial code of the ANSYS-CFX. The base model recorded water power of 29.9 W. After making the changes, the best model obtained water power of 37.1 W which represents an increase of approximately 24% in water power and primary energy conversion.

Although oscillating water column type wave energy devices are nearing the stage of commercial exploitation, there is still much to be learnt about many facets of their hydrodynamic performance. The techniques of Computational Fluid Dynamics (CFD) are applied to simulate a wave energy conversion device in free surface such as waves. This research uses the commercially available ANSYS CFX computational fluid dynamics flow solver to model a complete oscillating water column system with savonius turbine incorporated at the rear bottom of the OWC chamber in a three dimensional numerical wave tank. The purpose of the present study is to investigate the effect of an average wave condition on the performance and internal flow of a newly developed direct drive turbine (DDT) model for wave energy conversion numerically. The effects of blade angle and front lip shape on the hydrodynamic efficiency are investigated. The results indicated that the developed models are suitable to analyze the water flow characteristics both in the chamber and in the turbine. For the turbine, the numerical results of torque were compared for the all cases. The results of the testing have also illustrated that simple changes to the front wall aperture shape can provide marked improvements in the efficiency of energy capture for OWC type devices.

Researches and developments of tidal energy converters are close to commercialization stage. But, commercialization of tidal energy converters is not ready in korea. In Europe, many experts of company, laboratory and public institution involved in marine energy are active for commercialization of marine energy converters in European Marine Energy Centre. Furthermore, in IEC/TC114, standardization of technical standards for assessment and certification of tidal energy converters of each country is under discussion. Therefore, We have to prepare for commercialization, standardization and entry into the overseas market. In this study, trends of commercialization and standardization of international markets of marine energy converters are investigated and certification schemes of overseas are analyzed. We expect that this study will make contribution to establish the foundation of commercialization of tidal energy converters.

Recently, environmental pollution and energy depletion problems have been issued over the world. For this reason, many renewable systems have been developing. Of these, the Ocean Thermal Energy Conservation(OTEC) is drawing attention as the upcoming alternative energy source. In this paper, the efficiency of each of OTEC which harness the effluent from nuclear power plant was analyzed by using computer calculation. The result, shows that Ul-jin Nuclear Power Plant is the best place geographically and the regenerative cycle is most outstanding performance cycle for OTEC. The difference of temperature between surface water and deep water temperature should be greater than $20^{\circ}C$ in order to increase the efficiency.

Devices based on nanomaterials platforms are emerging as a powerful tool for ultrasensitive sensors for the direct detection of biological and chemical species. In this talk, we will report the preparation and the full characterization of electrochemical polymerization of biopolymers platforms and nano-structure formation for electrochemical detection of enzymatic activity and toxic compound in electrolyte for biosensor applications. Formation of an electroactive polymer film of two different compounds has been quantified by observing new redox peak at higher potentials in cyclic voltammogram measurements. RCT value of at various biopolymer concentration based hybrid films has been obtained from electrochemical impedance spectroscopy analysis and possible mechanism for formation of complexes during electrochemical polymerization on conducting substrates has been investigated. Biosensors developed based on these hybrid biopolymers have very high sensitivity.

현재 바이오디젤(Bio diesel)은 유지와 메탄올을 염기촉매를 넣고 전이에스테르화(Trans-esterification)반응하여 생산한다. 생산된 1세대 바이오 디젤은 분자 내 산소가 다량 함유되어 여러 가지 단점을 가지기 때문에 전이에스테르화 반응을 대체한 탈산소(Deoxygenation)반응이 주목 받고 있다. 본 연구에서는 유리지방산(Free fatty acid, FFA)인 올레익 산(Oleic acid)의 탈산소반응을 수행하였다. 하이드로탈사이트(Hydrotalcites) 구조인 MgO-$Al_2O_3$(MgO=70 wt%)를 6시간 동안 $500^{\circ}C$에서 예비소성(Pre-calcination)하여 담체로 사용하였다. 제조된 MgO-$Al_2O_3$ 담체에 함침법(Incipient wetness method)으로 20 wt% Ni을 담지 시켰다. 제조된 Ni/MgO-$Al_2O_3$촉매는 소성온도를 변화시켜 반응 실험을 수행하였다. TPR 분석을 통해 산화-환원특성을 분석하였고 생성물의 원소분석을 통해 생성물의 산소함량을 측정하였다.

Bio energy development by using Low Calorific Gas Turbine(LCGT) has been developed for New & Renewable energy source for next generation power system, low fuel and operating cost method by using the renewable energy source in landfill gas (LFG), Food Waste, water waste and Livestock biogas. Low calorific fuel purification by pretreatment system and carbon dioxide fixation by green house system are very important design target for evaluate optimum applications for bio energy. Main problems and accidents of Low Calorific Gas Turbine system was derived from bio fuel condition such as hydro sulfide concentration, siloxane level, moisture concentration and so on. Even if the quality of the bio fuel is not better than natural gas, LCGT system has the various fuel range and environmental friendly power system. The mechanical characterisitics of LCGT system is a high total efficiency (>70%), wide range of output power (30kW - 30MW class) and very clean emmission from power system (low NOx). Also, we can use co-generation system. A green house designed for four different carbon dioxide concentration from ambient air to 2000 ppm by utilizing the exhaust gas and hot water from LCGT system. We look forward to contribute the policy for Renewable Portfolio Standards(RPS) by using LCGT power system.

Biological conversion of biomass into fuels and chemicals requires hydrolysis of the polysaccharide into monomeric sugars. In this study, dilute sulfuric acid used as a catalyst for the pretreatment of rapeseed straw. Hydrolysis can be performed enzymatically, and with dilute or concentrate mineral acids. Dilute-acid hydrolysis of rapeseed straw was optimized through the utilization of combined severity. Evaluation criteria for optimization of the pretreatment conditions were based on high xylose recovery and low inhibitor contents in the hydrolyzates. In addition, this paper reports the compositional analysis of hydrolyzate liquors and solid residues, xylose and glucose mass balance closures, and digestibility results of the acid pretreated rapeseed straw.

본 연구는 바이오가스의 에너지효율성을 높이기 위한 연구로서 바이오가스 정제공정과 초저온액화공정을 통하여 액화바이오메탄을 생산하는 바이오가스 고질화기술개발 연구이다. 바이오가스 정제공정은 탈황, 제습, 흡착, 압축, $CO_2/CH_4$ 분리공정으로 구성하고, 초저온액화공정은 열교환기, $CO_2$ 제거설비, 질소냉매 공급공정으로 구성하여 혐기성소화조에서 발생하는 바이오가스($CH_4$ 농도: 60~65%, $H_2S$: 1,500~2,500ppm)를 $200Nm^3/hr$의 유량으로 인입시켜 액화바이오메탄을 생산하였다. 연구결과, 탈황공정에서는 가성소다 세정법을 이용하여 1,500~2,500ppm으로 인입되는 $H_2S$를 100ppm 이하로 제거한 후, 흡착법을 이용하여 $H_2S$를 완전히 제거하였다. 바이오가스에 포화된 수분은 냉각제습과 흡착제습공정을 통해 Dew point $-70{\sim}-90^{\circ}C$까지 제거하여 안정적으로 $CO_2/CH_4$ 분리공정에 인입시켰다. $CO_2/CH_4$ 분리공정은 흡착방식을 적용하여 $CH_4$ 순도가 95% 이상인 바이오메탄을 생산하였으며, 이때 메탄 회수율은 약 87%이였다. $CO_2$가 분리된 바이오메탄은 초저온액화공정을 이용하여 액화바이오메탄으로 전환시켰다. 이때 초저온액화공정은 Reverse Brayton cycle로 구성하였으며, 냉매로는 질소를 사용하였다. 액화바이오메탄의 생산은 바이오메탄을 등엔트로피과정인 단열팽창을 통하여 $-155{\sim}-159^{\circ}C$의 초저온으로 냉각되는 질소냉매와 열교환기에서 열교환시켜 이루어졌으며 그 생산량은 $3.46m^3$/day(1bar, $-161^{\circ}C$)이었다.

본 연구는 저탄소 녹색성장의 국가 정책에 맞추어 주류 제조과정에서 발생하는 생전분발효 부산물인 주박(酒粕, 술지게미)을 펠릿화(pellet) 하는 것이 목적이다. 주류 제조과정에서 발생하는 주박을 100g당 물 100ml 비율로 섞어 충분히 반죽 후 녹즙기로 압축 성형화 하는 과정을 대신 하여 주박을 뽑았다. 이 주박을 온열 건조기에서 20시간이상 건조 시키면 완성이 된다. 주박펠릿은 폐기물을 재활용한 것이기 때문에 열량-가격대비를 비교해 보았을 때 등유 8950kcal-1000원/L, 경유 9050kcal-1433원/L, 면세경유 9050kcal-821/L, 우드 1812kcal-400원/kg, 주박 1989kcal-200원/kg으로 훨씬 저렴하며 열량도 높다. 주류업체에서 주박을 폐기물 처리하므로 가격 책정은 어렵다. $CO_2$ 발생량도 적어 온실가스를 절감시킬 수 있는 친환경적인 청정연료이다. 또한 연료로서 운송, 저장 및 보관이 편리하다. 주류업체도 주박 처리로 인해 연간 12억 정도 사용된다. 폐기물을 에너지화 함으로써 타 신재생에너지에 비해 초기 투자 비용이나 연료비가 저렴하다. 그리고 태우고 남은 회분은 토양개량제로 다시 재활용 되기 때문에 무해백익하다. 현재 폐목재를 사용한 우드펠릿은 원료를 수입해야 한다는 점과 삼림자원의 부족시 문제가 발생할 수 있다. 그리고 폐목재를 분쇄한 후 가공 및 성형을 해야 하기 때문에 주박이 효율성이 좋다. 현재 세계에서 가장 많이 사용되고 있는 석유나 화석연료의 매장량이 고갈 되어가고 있다. 하지만 주박은 술이 사라지지 않는 한 계속적으로 발생하기 때문에 무궁무진하게 사용이 가능하다. 또한 주류 제조시 발생하는 주박은 바로 성형 및 가공이 용이하다. 현재 주박으로 만든 펠릿은 전 세계적으로 전무하다. 막걸리 및 전통술의 특화사업으로 주박량은 더욱 증가하고 있다. 더욱이 2012년부터 해양 투기 금지로 주박 폐기물 처리가 힘들어진다. 주박 폐기물을 펠릿화해서 에너지원으로 사용하면 해결이 된다. 주박의 에너화를 통해 재생산의 열원으로 사용되고 펠릿을 연료원과 더불어 기계적인 시스템을 개발한다면 저탄소 녹색성장인 국가 정책과 부합된 미래형 에너지가 될 것이다.

수송용 바이오연료로써 바이오디젤의 보급 활성화에 따른 원료인 식물성 기름의 가격 상승 및 수급 불안정성 문제를 해결하고자 그동안 활용되지 않았던 폐유지를 바이오디젤 생산 원료로 사용하여 바이오디젤 생산 단가를 낮추고 원료의 수급 안정성도 확보하려는 시도가 이루어지고 있다. 폐유지의 경우 대부분 유리지방산 함량이 높아 염기 촉매를 적용하는 방법으로는 비누의 생성으로 전환이 힘들며 산 촉매를 적용하여 유리지방산을 에스테르화하는 공정을 필요로 한다. 에스테르화 반응에서는 반응 부산물로 물이 생성되며, 생성된 물은 바이오디젤 생산 반응을 저해하고 역반응을 유도하며 촉매의 활성을 감소시킨다. 본 연구에서는 고유리지방산 함량 오일의 에스테르화 반응에서 수분의 영향을 검토하였다. 산 촉매로 액상 촉매인 황산과 고체 산 촉매인 Amberlyst-15를 사용하였다. 초기 수분 함량이 0, 1, 2, 5, 10, 20%로 증가하였을 때, 지방산 메틸 에스테르 함량이 크게 감소하였으며, 1%의 수분 함량에서도 반응이 크게 저해받는 것으로 나타났다. 따라서 고유리지방산 함량 오일의 에스테르화 반응에서 수분에 의한 저해가 중요한 변수라는 것을 알 수 있다. Amberlyst-15는 황산보다 수분의 영향에 의해 지방산 메틸 에스테르 함량이 빠르게 감소하였다. 이는 다공성의 Amberlyst-15에서 생성된 물이 반응물질들이 active site에 접근하는 것을 방해하였기 때문인 것으로 생각된다. 황산을 사용하였을 경우에는 오일 대 메탄올 몰비를 1:3에서 1:6으로 증가시킴으로써 정반응 속도가 증가하여 수분에 대한 영향이 감소하는 현상이 나타났다. 에스테르화 반응 종료 12시간 후에 바이오디젤과 메탄올 내에 수분 함량을 분석한 결과 12%의 수분이 바이오디젤 층에 존재하며 88%의 수분은 메탄올 층에 존재하였다. 반응 중에 생성된 수분을 제거하기 위해, 에스테르화 반응 30분 후에 물을 포함하는 메탄올과 촉매 층을 새 메탄올과 촉매로 교환하는 2단계 반응을 수행함으로써 지방산 메틸 에스테르 함량을 향상시킬 수 있었다. 반응 초기에는 황산이 Amberlyst-15보다 높은 활성을 보였지만, 시간이 지날수록 두 촉매 사이의 에스테르화 성능 차이는 감소하였다. 따라서 2단계 에스테르화 반응이 수분의 저해작용을 줄이는 한 가지 대안으로 제안될 수 있다. 또한 에스테르화 반응에서 물의 저해 작용을 줄이기 위해 앞으로 투과증발막의 적용 또는 물에 저해작용을 받지 않는 구조의 촉매 사용을 검토할 필요가 있다.

바이오매스는 에너지 위기 및 $CO_2$에 의한 지구온난화 및 화석자원의 고갈이 진행되면서, 화석연료와 달리 재생이 가능하고 지속 가능한 자원으로 각광을 받고 있다. 바이오매스를 이용하는 신재생에너지 기술로는 직접연소, 열화학적 변환, 생화학적 변환 기술 등이 있다. 열화학적 변환 기술에는 바이오매스를 열분해 가스화하여 발생된 합성가스를 이용하는 기술이 포함된다. 농업부산물은 청정에너지원으로서의 가능성이 높은 것으로 알려져 있으나, 현재는 퇴비, 가축사료 등의 단순 활용이 대부분을 차지하고 있다. 농업부산물을 이용하여 고부가가치를 창출하기 위한 하나의 방안으로 열분해 가스화를 통해 고효율 에너지원으로의 사용을 고려해 볼 수 있다. 본 연구에서는 초본계 농업부산물인 왕겨를 이용한 열분해 가스화기에서 발생한 합성가스를 정제시스템을 통하여 정제한 후, 가스엔진으로 정량적으로 공급하기위한 합성가스 공급시스템의 운전 특성을 고찰하였다. 그 결과 왕겨를 이용한 가스화기에서 합성가스는 안정적으로 발생하였으며, 정제시스템에서는 90%이상의 효율을 얻었다. 또한 20 kW급 가스엔진에서 필요로 하는 합성가스 공급유량 테스트는 약 $80Nm^3/h$, 200 mmAq 조건에서 가스 누입, 누출 없이 안정적으로 공급되었다.

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 특성 파악 및 초본계 농업부산물을 이용한 에너지자원화 및 고효율 에너지 이용을 위한 방안을 모색하고자 다양한 조건에서 전산해석을 수행하였다. 공정해석에 사용된 왕겨는 수분함량 11.33%, 회분함량 10.66%, 가연분 함량, 78.01%의 조성으로, 발열량은 LHV 기준으로 3,729 kcal/kg 였다. 상용해석 프로그램을 사용하여 열분해로의 열손실, 투입되는 시료의 가스화 반응 비율 변화, 열분해 가스화 반응의 산화제로 사용되는 공기의 유량 변화에 따른 발생되는 가스의 유량, 성상, 온도 특성을 파악하였다.

최근의 고유가와 환경오염에 대한 대응 수단으로 수송용 바이오연료의 보급에 대한 관심이 세계적으로 높아지고 있다. 이 중 바이오디젤은 동식물성 기름으로부터 메탄올과의 전이에스테르화 반응에 의해 생산되는 경유대체 연료로서 환경 친화성과 지속가능성이 인정됨에 따라 그 생산량이 급격히 증가하고 있다. 바이오디젤의 생산량이 증가함에 따라 대두유, 유채유, 팜유 등의 원료유 가격 상승 및 수급 불안정 문제가 대두되고 있으며 식량자원과의 충돌 문제도 발생되고 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 유리지방산 함량이 높은 저가유지 자원(폐식용유, 폐돈지, 폐우지, soapstock, trapped grease)을 이용한 공정 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 비활용되고 있는 해외 열대작물 열매씨앗에서 착유한 식물성 오일의 바이오디젤 원료유로서의 사용 가능성을 검토하였다. 열대작물 오일의 물성 분석 결과 고형물, 수분, 인, 유리지방산 함량이 대두원유보다 매우 높게 나타났다. 오일 중의 인지질은 바이오디젤 제조 반응후 에스테르와 글리세린의 층분리를 방해하여 공정 효율을 감소시키고 유리지방산은 염기촉매와 결합하여 지방산염을 생성해 생산수율을 감소시키는 문제를 일으킨다. 고형물과 수분은 여과와 감압증발에 의해 쉽게 제거가 가능하였다. 15~20%의 유리지방산 함유 열대작물 오일의 전처리를 위해 균질계 산촉매와 비균질 고체 산촉매를 이용해 에스테르화 반응 효율을 조사한 결과 황산이 가장 높은 효율을 보였다. 반응표면분석법(Response Surface Method, RSM)을 적용해 메탄올과 촉매량의 2변수 에스테르화반응 최적화를 수행한 결과 메탄올 26%, 촉매 0.98%로 최적 조건이 도출되었으며 초기 산가 33mgKOH/g에서 0.98mgKOH/g으로 감소됨을 확인하였다. 전처리 정제한 오일의 물성분석 결과 고형물 0.1%, 수분 0.10%, 산가 1.0mgKOH/g, 인함량 20ppm 이하로 바람직한 원료유가 생산됨을 알 수 있었다. 제조된 원료유를 이용해 전이에스테르화 반응 최적화 실험을 RSM에 근거하여 진행한 결과 KOH 0.8%, 메탄올:오일 몰비 6.2:1, 반응온도 $60^{\circ}C$, 교반속도 200rpm, 반응시간 30분으로 나타났으며 증류 정제전 97.3%, 증류후 100.0%의 바이오디젤을 생산 할 수 있었다. 열대작물 오일의 전처리 공정은 메탄올을 과잉양으로 사용함으로 효과적인 알콜 회수 공정이 중요하다. 전처리 후 층분리를 통해 회수되는 메탄올 중의 수분함량은 2%~7%로서 이를 전처리 반응에 재사용하기 위해서는 0.3%이하의 수분함량으로 정제가 필요하다. 본 연구에서는 고가의 증류탑 형태가 아닌 단증류방식으로 2단계 내지 3단계로 0.3% 수분의 메탄올 회수 조건을 도출하였으며 파일롯 공정 설계를 진행하고 있다. 이로서 본 연구의 열대작물 오일은 저가로 충분한 물량의 확보가 가능하다면 바이오디젤 원료 자원으로서 큰 활용가치가 있는 것으로 판단된다.

최근 석유공급 불안정성과 이산화탄소 배출 규제 움직임에 대응하기 위한 수단으로 바이오연료의 공급이 전세계적으로 증가하고 있다. 이와 같은 바이오디젤의 보급 활성화는 식물성 기름의 가격 상승과 수급 불안정 문제, 그리고 식량자원과의 충돌 문제를 야기하고 있다. 국내 바이오디젤 생산 원료로 사용되는 대두, 유채, 해바라기, 팜 등은 모두 식용시장과 수급 균형을 형성하고 있어 바이오디젤의 생산이 증가하게 되면 식용 오일 시장의 수급균형이 깨져 오일곡물 가격의 변동을 초래하게 될 것이다. 과거에는 수거비용을 들여 폐기하던 폐식용유 마저 이제는 돈을 주고 구입해야하는 실정에 다다랐다. 바이오디젤 생산비의 70~80%를 차지하는 원료유의 부족 현상에 따라 바이오디젤 업계에서는 soapstock, trapped grease, 폐식용유 등의 저급유지 활용 방안을 강구하고 있으며 자트로파와 같은 비식용 작물의 해외플랜테이션도 진행하고 있다. 본 연구에서는 커피찌거기에 남아 있는 오일을 속슬렛추출장치를 이용해 추출하고 전이에스테르화 반응을 수행하여 반응 특성과 커피오일 바이오디젤의 지방산 조성을 알아보고 바이오디젤 원료유로서의 사용가능성에 대해 알아보았다. 석유에테르를 용매로 속슬렛 추출장치를 이용해 추출시 원료대비 약 17%(w/w)의 오일을 추출할 수 있었다. 추출된 오일의 산가는 18.79mgKOH/g으로 매우 높아 직접 전이에스테르화 반응이 불가능하다. 고체 산 촉매 하에서 전처리 반응을 실시하여 유리지방산을 전환 제거한 후 염기촉매를 이용해 전이에스테르화 반응을 진행한 결과 약 80%의 바이오디젤(FAME) 함량을 얻을 수 있었다. 지방산 조성 분석 결과 리놀레익산(Linoleic acid, C18:2), 올레익산(Oleic acid, C18:1), 팔미틱산(Palmitic acid, C16:0)이 대부분을 차지하며 이 중에서도 리놀레익산이 44.17%로 가장 많은 함량을 보였다. 이는 커피찌꺼기 추출 오일이 바이오디젤 원료유로 활용 가능성을 나타내는 결과로, 색소성분 등의 불순물을 효율적으로 제거하여 증류정제 전단계에서의 바이오디젤 순도와 생산 수율을 증대시키기 위한 추가 연구가 필요한 것으로 판단된다.

빛과 공기 중의 이산화탄소를 고정화하여 생성되는 바이오매스(biomass)로부터 다양한 에너지 및 물질을 생산하는 연구는 석유고갈과 환경문제 해결의 한 방안으로서 활발히 진행되어 왔으며, 앞으로도 그 지속 가능성과 환경 친화성에 의해 바이오에너지 이용 및 보급은 꾸준한 증가세를 보일 것으로 전망된다. 바이오디젤, 바이오에탄올의 경우는 미국, 브라질, EU, 한국 등에서 상용화되어 사용되고 있으며 그 생산량이 계속적으로 증가하고 있다. 하지만, 바이오연료의 보급 증가는 식량 자원과의 충돌과 열대우림 파괴 등의 부작용을 일으키고 있다. 이러한 문제 해결의 일환으로 단위면적당 생산성이 대두, 유채보다 월등한 것으로 보고되는 미세조류에 대한 관심이 증가하고 있으며 우수 미세조류종 개발, 미세조류 고속배양 및 수확, 미세조류로부터 에너지 및 유용물질, 소재 생산에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 미세조류로부터 바이오디젤 원료유를 생산하기 위해 Soxhlet을 이용한 추출 방법을 이용하였다. 추출되는 오일은 사용 용매의 극성에 따라 물성과 추출 효율에 차이가 큰 것으로 나타났다. 강한 극성의 용매일 경우, 엽록소와 단백질이 같이 추출되는 문제가 있으며 약한 극성 용매는 세포벽의 방해로 용매가 세포내부로 흡수되지 못하는 문제가 있다. 추출 효율이 높은 극성용매의 경우 불순물을 제거해야 고순도의 바이오디젤의 생산이 가능하고 비극성 용매는 추출 오일의 물성은 좋으나 수율이 매우 낮게 측정되었다. 이러한 동시추출을 방지함과 동시에 추출 효율을 높이기 위해 본 연구에서는 세포벽 파괴 후 용매추출하는 방법으로서 미세조류를 Microwave에 노출시켜 오일 추출율을 증가시키는 전처리 연구를 수행하였다. 전처리시, Microwave에 의한 열 발생은 미세조류를 탄화시키기 때문에 열매체로서 물을 혼합하여 탄화를 방지하고 세포벽 내외부의 가열효과로 세포벽을 파괴하고자 하였다. Microwave에 의한 에너지 손실을 줄이며 세포벽 파괴에 효과적인 수분혼합비를 조사하였으며 Microwave에 노출 후 잔류수분을 건조하고 효율적으로 용매를 접촉시키기 위해 분쇄를 수행하였다. 모든 전처리 반응을 거친 미세조류에서 약 2배 증가된 추출수율을 얻을 수 있었으며, SEM을 통해 전처리 미세조류와 미전처리 미세조류를 분석해본 결과 전처리 미세조류의 다공성이 증가함을 확인하였다. 또한, 90%의 메탄올에 미세조류를 녹여 엽록소 함유량을 측정한 결과, 전처리 미세조류의 엽록소가 미전처리 미세조류보다 약 7배가량 감소함을 확인할 수 있었다.

바이오디젤은 동식물성 기름과 메탄올의 트랜스에스테르화 반응에 의해 생산되는 지방산메틸에스테르(FAME, fatty acid methyl esters)로서, 트랜스에스테르화 공정에는 KOH, NaOH, $NaOCH_3$등의 균질계 화학촉매를 이용한 방법, 무촉매 공정인 초임계 메탄올 이용 방법, 그리고 효소촉매를 이용한 방법이 있다. 초임계 공정은 에너지 소비와 장치비가 커서 경제성이 떨어지는 것으로 보고되며 화학촉매 공정은 반응 효율이 높다는 장점을 가지고 있지만, 반응 및 정제단계가 복잡하고 정제과정에 폐수를 발생시키는 문제점을 가지고 있다. 고정화 효소를 사용하는 효소 공정은 에너지 비용의 절감, 후 처리 공정의 단순화, 고 순도의 글리세롤을 얻을 수 있는 장점이 있지만, 반응 속도가 느리고 효소 가격이 비싸다는 단점이 있어 현재까지 상업화되지 못하고 있다. 반응속도가 높고 재사용이 가능한 효소 촉매 공정 개발을 위해 본 연구에서는 Candida rugosa, Rizhopus oryzae 2종을 실리카에 동시 고정화하였다. 고정화 Lipase의 제조는 실리카겔을 과산화수소를 이용하여 전처리를 하고 Acetone과 3-APTES의 혼합용액을 첨가한 후 실리카겔과 (silanization)을 진행 하였다. 그리고 glutaraldehyde를 첨가 하여 공유 결합을 형성 한 후에 증류수를 사용하여 실리카겔을 회수하여 lipase(Rizhopus oryzae, Candida rugosa 10% 용액)를 고정화 하였다. 고정화 효소의 효소 활성을 측정한 결과 3000-3500 Unit(${\mu}mol/g{\cdot}min$)으로 측정되었다. 제조된 고정화 효소를 이용하여 Canola Oil을 바이오디젤로 전환하는 실험을 진행하였으며 생성물로부터 고정화 효소를 분리한 후에 상층의 에스테르층을 취하여 수세한 뒤 원심분리하여 FAME 함량을 측정한 결과 83%의 바이오디젤을 얻을 수 있었다. 그리고 효소 촉매 트랜스에스테르화 반응의 Enzyme, Water, Methanol 투입량의 반응 변수들에 대하여 반응표면분석법(Response Surface Methodology)을 적용하여 최적 반응조건을 도출하는 연구를 수행하였다.

Plant biomass has been proposed to be an alternative source for petroleum-based chemical compounds. Especially, phenolic chemical compounds can be obtained from lignin by chemical depolymerization processes because lignin consists of complex aromatic polymer such as trans-p-coumaryl, coniferyl and sinapyl alcohols, etc. Phenolic chemical compounds from lignin were usually produced in super critical water. However, we applied Near-critical water (NCW) system because NCW is known as a good solvent for lignin depolymerization. Organic matter like lignin can be solved in NCW system and the system has a unique acid-base property without conventional non-eco-friendly chemicals such as sulfuric acid and sodium hydroxide. In this work, we tried to optimize the NCW depolymerization system by adjusting the processing variables such as reaction time, temperature and pressure. Moreover, the amount of additional phenol was optimized by changing the molar ratio between water and phenol. Phenol was used as capping agent to prevent re-polymerization of active fragment such as formaldehyde. Alkali-lignin was used as a starting material and characterized by a Solid State 13C-NMR, FT-IR and EA (Elemental Analysis). GC-MS analysis confirmed that o-cresol, p-cresol, anisole and 4-hydroxyphathalic acid were the main product and they were quantitatively analyzed by HPLC.

These studies convert to useful electricity from swine wastewater and to treat this wastewater. In order to operate the microbial fuel cell(MFC) for the swine wastewater, the anode volume of MFCs was scaled up with 5L in the vacant condition. Graphite felts and low-priced mesh stainless-less as electrode had mixed up and packed into the anode compartment. The meshed stainless-less electrode could also be acted the collector of electron produced by microorganisms in anode. For a cathode compartment, graphite felt loaded Pt/C catalyst was used. Graphite felt electrode embedded in the anode compartment was punched holds at regular intervals to prevent occurred the channeling phenomenon. The sources of seeding on microbial fuel cell was used a mixture of swine wastewater and anaerobic digestion sludge(1:1). It was enriched within 6 days. Swine wastewater was fed with 53.26 ml/min flow rate. The MFCs produced a current of about 17 mA stably used swine wastewater with $3,167{\pm}80mg/L$. The maximum power density and current density was 680 $mW/m^3$ and 3,770 $mA/m^3$, respectively. From these results it is showed that treatment of swine wastewater synchronizes with electricity generation using modified low priced microbial fuel cell.

Biomass is considered to be a major potential fuel and renewable resource for the future. In fact, there is high potential to produce the large amount of energy from biomass around the world. In this study, to obtain basic data for practical application of wood pellet and wood pellet boiler system as heating system in agriculture, agricultural biomass resources were surveyed, pellet was made of agricultural by-product such as stem of rape, oat and rice, ricehusk and sawdust and wood pellet boiler system with capacity of 116 kW was manufactured and installed in greenhouse of $38.5m{\times}32m$. High heating value, bulk density and ash content of pellet made of agricultural by-product and efficiency and heating performance of this system was estimated. Rice straw was the largest agricultural biomass in 2005 and the total amount of rice straw converted into energy of $131.71{\times}10^{11}$ kJ. And in 2005, total amount of forest' by-product converted into energy of $29,277.05{\times}10^{11}$ kJ. High heating values of pellets made of agricultural by-products of stem and seed of rape, stem of oat, rice straw and rice husk were 16,034, 16,026, 16,089, 15,650, 15,044 kJ/kg respectively. High heating values of pellets made of agricultural by-products were 83.6% compared to that of wood pellet. Average bulk density of pellets made of agricultural by-products of stem and seed of rape, stem of oat, rice straw and rice husk was 1,400 $kg/m^3$. Ash contents of the pellets were 6.6, 7.0, 6.2, 5.5, 33% respectively. Ash content of rice husk pellet was the largest compared to other kind of pellets. To increase efficiency of agricultural pellet boiler, the boiler adopted secondary heat exchanger. The agricultural pellet boiler designed and manufactured in this study had high efficiency of 84.2% compared to the conventional agricultural pellet boiler, when water flow rate, exhaust gas temperature and average combustion furnace temperature were 39L/min, $180^{\circ}C$, $680^{\circ}C$ respectively. And pellet supplying and pausing time were 13, 43 seconds respectively. In March of 2010, prices of wood pellet, agricultural tax free diesel, diesel, kerosene were 350 won/kg, 811 won/L, 1,422 won/L, 976 Won/L respectively. Also in terms of energy, prices per same heating value were 77.8, 90.1, 158, 108.4 Won/Mcal. Energy saving rate of wood pellet was 16, 50, 39% compared to agricultural tax free diesel, diesel and kerosene respectively.