초록 ▼

개발 목적 및 필요성
○ 과거 폐기물의 처리방법은 매립, 해양투기 및 단순소각에 의존하였으나 인구 증가와 경제 발전에 따라 매립시설의 추가 확보가 어려운 상황임.
또한 해양 투기는 런던협약 이후 전면 금지 되었으며, 소각에 의한 폐기물 처리 의존도가 높아진 실정임.

○ 최근 단순히 태워서 버리는 단순소각에서 벗어나 소각 과정 중 발생하는 열을 에너지원으로 사용하여 전기와 온수를 얻는 에너지 회수 방법으로 변화하고 있음.

○ 그러나 초기 운전 시 승온과정이 필요하며 소각로내 안정적인 온도를 유지하기

개발 목적 및 필요성
○ 과거 폐기물의 처리방법은 매립, 해양투기 및 단순소각에 의존하였으나 인구 증가와 경제 발전에 따라 매립시설의 추가 확보가 어려운 상황임.
또한 해양 투기는 런던협약 이후 전면 금지 되었으며, 소각에 의한 폐기물 처리 의존도가 높아진 실정임.

○ 최근 단순히 태워서 버리는 단순소각에서 벗어나 소각 과정 중 발생하는 열을 에너지원으로 사용하여 전기와 온수를 얻는 에너지 회수 방법으로 변화하고 있음.

○ 그러나 초기 운전 시 승온과정이 필요하며 소각로내 안정적인 온도를 유지하기위해 예열과정이 필요함. 또한 연소 기체 내 질소가 포함되어 연소효율 감소 및 NO_x와 같은 대기오염 물질 배출 등의 문제가 있음.

○ 산소 부화 공기를 이용한 소각은 산소 농도를 30~80% 까지 높여 폐기물을 고온에서 소각 시키는 방법이며, 높은 연소효율, 고함수율 폐기물 처리 용이, 배가스 재순환 기술 적용 가능 등 많은 장점이 있음.

○ 산소부화연소에서 가장 중요한 부분은 고농도의 산소를 제조하는 기술임.
산소 제조를 위한 공정으로 심냉법, 흡착법, 분리막법 등이 있으며, 산소분리막(ITM) 공정에 이산화탄소 재순환 기술을 적용할 경우 고농도 산소 제조와 이산화탄소 감축을 동시에 이룰 수 있음.

○ 이산화탄소 재순환 기술을 적용한 산소분리막 공정은 산소와 이산화탄소의 혼합기체를 연소에 사용하여 연소 후 고농도의 이산화탄소가 배출되어 분리하기 용이함.

연구개발 결과
○ 이산화탄소 내성 분리막 조성 탐색
- 고내구성 Dual phase 분리막 조성 Screening
: 60Ce_0.8Sm_0.2O_2-d-40Sm_xSr_1-xCu_0.2Fe_0.8O_3-d 조성 선정

- 평판형 Dual phase 산소분리막 제조 및 성능 실험
: 최대 투과도 0.6 ml/min·cm² 및 CO₂ 조건 성능감소율 14% 달성

- 고투과성 코팅 분리막 제조 및 성능 실험
: Pd 코팅을 통한 분리막 표면 개질 및 특성 확인
: 최대 투과도 2.1 ml/min·cm² 및 CO₂ 조건 성능감소율 7% 달성

○ 중공사형 분리막 제조 및 산소 분리실험
- 중공사형 Dual phase 분리막 제조
: 상전이법을 이용하여 Dual phase 중공사막 제조 및 특성 확인

- 중공사형 산소 분리막 성능 실험
: 방사조건에 따른 중공사형 산소분리막 제조 및 특성 평가
: Dual phase 중공사막 Sweep 조건 실험에서 투과도 1.47ml/min·cm² 달성 및 CO₂ Sweep 성능 감소율 17% 달성

○ 고투과성 산소분리막 제조 기술
- 고투과성, 고내구성 코팅 기술 개발
: Ce_0.8(Sr_xSm_1-x)_0.2O_2-d를 Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-d 중공사막 표면에 코팅 및 특성 확인
: 60Ce_0.8Sm_0.2O_2-d-40Sm_xSr_1-xCu_0.2Fe_0.8O_3-d을 Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-d 중공사막 표면에 코팅 및 특성 확인

- 코팅 중공사형 산소 분리막 실험
: Vacuum 조건 최대 투과도 7.9ml/min·cm² 달성 및 산소 순도 99.9%
: Vacuum, CO₂(70%) 조건에서 투과도 3.5ml/min·cm² 달성

○ 중공사막 모듈 제작
- 산소분리막 모듈 소재 탐색 및 설계
: 고온내구성 인코넬 소재 선정 및 분리막 모듈 설계

- 산소분리막 모듈 제작 및 실험
: 단위 모듈에 산소분리막 3, 5, 16 가닥 장착 및 실험
: 단위 부피당 만면적 106 m²/m³ 및 산소 투과량 83.0 ml/min 달성

성능사양 및 기술개발 수준
○ Vacuum 조건에서 순도 99.9% 이상의 산소 생산 및 투과도 7.9ml/min·cm²
○ Sweep 조건 산소 투과도 2.1ml/min·cm² CO₂ 조건에서 성능 감소 7%
○ 산소분리막 모듈제작 및 단위 부피당 막면적 106 m²/m³, 산소 투과량 83.0 ml/min

활용계획
○ 고효율 소각을 통해 소각 잔량을 감소 및 소각비용 저감시킬 수 있으며, 폐열활용으로 에너지 효율을 높이며 에너지 회수를 통한 폐기물의 자원화 가능하고 연소 후 배가스는 정제과정을 거친 다음 이산화탄소만이 남게 되어 이산화탄소 포집이 가능해서 폐기물소각업체의 온실가스 감축 문제를 해결할 수 있음.

(출처 : 요약서 5p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results
○ Preparation of high-performance BaCrO_x-coated Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-d tubular membrane and oxygen separation characteristics

- Production of Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O

Ⅳ. Results
○ Preparation of high-performance BaCrO_x-coated Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-d tubular membrane and oxygen separation characteristics

- Production of Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-d tubular membrane by extruder and rolling dryer

- Preparation of BaCrO_x-coated Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-d tubular membrane using deep coater

- Development of oxygen permeation experimental equipment and oxygen permeation test under vacuum condition

- Confirmation of permeation and oxygen purity of 99% at 5.0 ml/min·cm² at 900 ℃

○ Screening and selection of CO₂ resistant new composition dual-phase membrane material.
- Synthesis of powder by Sol - Gel method for new composition membrane.

Analysis of powder by EDX, XRD and TGA.
- Verification of oxygen permeability at _0.5 ml/min·cm².
- CO₂ sweep condition 0.42 ml/min·cm² oxygen permeability and performance reduction rate 16%.

- Pd coating progress and oxygen permeability of 1.6ml/min·cm² to improve oxygen permeability.

○ Preparation of CO₂ resistant new composition dual-phase hollow fiber membrane.
- Fabrication of Hollow O_xygen Membrane Using Non-solvent Inductive Phase Transition Method
- The oxygen permeability at 1.5 ml/min·cm²
- CO₂ sweep condition 1.3 ml/min·cm² O_xygen permeability and performance reduction rate 14% confirmed.

○ Development of module technology for incinerator application
- Manufacture of module for hollow fiber membrane
- Achieved membrane area per unit volume of 106 m²/m³ and oxygen flow rate of 83 ml/min under vacuum condition

(출처 : SUMMARY 15p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약서 ... 4
• 요약문 ... 7
• SUMMARY ... 14
• 목차 ... 18
• 표목차 ... 19
• 그림목차 ... 20
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 25
• 1-1. 연구개발 목적 ... 25
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 28
• 1-3. 연구개발 범위 ... 32
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 36
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 50
• 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 50
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 57
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 156
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 157
• 4-1. 목표달성도 ... 157
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 160
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 161
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 166
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 172
• 8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 172
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 173
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 178
• 11. 기타사항 ... 179
• 12. 참고문헌 ... 179
• 끝페이지 ... 180