초록 ▼

ㅇ 연구개요
신재생에너지(태양열, 풍력 등)를 이용한 발전은 기상조건 및 지역위치 (풍력의 경우 바다, 산정상 등)에 따라 전기 생산이 불규칙적이고 지역적으로 편중되어 있다. 신재생에너지로 생산된 전기로 수전해를 통해 수소를 생산하고, 생산된 수소를 탄화수소계 액상연료로 변환한다면 신재생에너지를 보자 효율적이고 안정적으로 이송 및 이용할 수 있다. 본 연구에서는 신재생에너지->전기에너지->탄화수소계 액상연료로 변환될 수 있는 효율 높은 시스템에 대하여 연구한다.

ㅇ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 최종목표는

ㅇ 연구개요
신재생에너지(태양열, 풍력 등)를 이용한 발전은 기상조건 및 지역위치 (풍력의 경우 바다, 산정상 등)에 따라 전기 생산이 불규칙적이고 지역적으로 편중되어 있다. 신재생에너지로 생산된 전기로 수전해를 통해 수소를 생산하고, 생산된 수소를 탄화수소계 액상연료로 변환한다면 신재생에너지를 보자 효율적이고 안정적으로 이송 및 이용할 수 있다. 본 연구에서는 신재생에너지->전기에너지->탄화수소계 액상연료로 변환될 수 있는 효율 높은 시스템에 대하여 연구한다.

ㅇ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 최종목표는 신재생에너지로 생성된 전기에너지로 수전해를 통해 수소로 변환. 유기액상화합물인 9-에틸카바졸에 저장할 수 있는 시스템 개발이다. 신재생에너지로 생성된 전기에너지로 수소를 생성하기 위해 수전해기술을 이용한다. 수전해기술은 이미 국내외 연구소에서 많이 개발이 되었으므로, 본 연구에서는 미국 Proton사의 수소발생장치를 구매하여 연구에 활용하였다. 9-에틸카바졸은 72 atm, 160℃에서 팔라듐 촉매 하에 수소화반응을 통해 수소저장을 하며 약 5.7-6.0 wt.%의 높은 수소 저장률을 가진다고 알려져 있다. 9-에틸카바졸에 수소저장이 일어날 때 160℃의 발열반응이 필요한데. 본 연구결과 160℃에서 9-에틸카바졸에 비교적 높은 수소저장성능을 보임을 확인하였다. 또한, 본 연구과제에서 8 atm압력조건에서 5.8 wt.% 수소저장 결과를 확인하였다. 9-에틸카바졸에 수소가 저장할 때 열이 발생되게 되는데 발생되는 열을 효과적으로 냉각해야 수소저장성능이 증가하게 되며, 고효율 열제어시스템은 필수적으로 수소저장시스템에 필요하다. 따라서, 발열반응 시 생성되는 열을 효과적으로 냉각하는 연구가 수행되어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 큰 비표면적을 가지는 마이크로채널(microchannel)과 잠열(latent heat)을 통해 열전달 효과를 극대화할 수 있는 비등(boiling)과 응축(condensation) 열전달을 시스템에 적용하였다. 또한, 신재생에너지의 경우 전기에너지 생산이 불규칙하므로 수소저장과정 중 액상화합물에서 비정상 열하중이 발생하게 된다. 실험 결과 마이크로 pin fin 채널 시스템이 화학반응, 임계열유속, 열전달에서 우수한 성능을 보였다. 신재생에너지로 생산된 수소의 탄화수소계 유기액상물질에 저장하기 위해 반응기 열을 냉각시킬 수 있는 열전달 시스템이 필수적이며, 본 연구에서 마이크로채널 열교환기에 대한 설계방법이 제시되었다.

ㅇ 연구개발결과의 중요성
1. 화석연료 고갈에 따른 수소의 안전한 저장 및 기존 연료 주입 인프라 이용 등의 니즈에 대응 필요. 신재생에너지의 효율적인 저장 및 운송에 적합. 2. 화석 연료 주유소를 대체할 수 있는 연료전지 자동차의 안정적인 수소 공급 충전 시스템으로 활용. 3. 비정상 작동모드를 가지는 에너지 전달 장치들(화학, 원자력, 석탄 플랜트 등)을 효과적 및 안정적으로 설계할 수 있고, 비정상 작동모드를 가지는 컴퓨터 CPU 및 데이터 처리 장치 냉각에 이용될 수 있음. 4. 마이크로채널의 비표면적 및 대류비등의 잠열 효과를 이용하여 자동차 및 에너지플랜트에 장착될 수 있는 경량 작은 크기의 고효율 열교환기 및 화학반응기 등에 응용할 수 있음. 5. 수소자동차, 중대형 우주발사체 수소공급 시스템, 국방과학, 원자력 수소생산 관련 산업과 연계될 수 있음.


(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 21
• 끝페이지 ... 35