초록 ▼

연구개요
- 탄화수소의 건식 및 습식 개질을 통해 수소와 일산화탄소의 혼합물인 합성가스를 획득하게 되는데, 이는 합성유 생성의 원재료로 화학공정에서의 활용도가 높을 뿐만 아니라 연료전지의 연료로도 사용 가능함.
- 상압 무전극 마이크로웨이브 플라즈마는 상압에서도 큰 부피를 가지며, 분자 진동 흥분으로의 선택적 에너지 결합을 통해 효율적인 개질이 가능하다는 가설이 존재
- 습식 개질 연구는 상당한 연구가 진행된 바, 탄화수소 건식 개질을 중심으로 연구를 진행함.
- 파생연구로, 유해폐기물 처리에 적용할 수 있도록

연구개요
- 탄화수소의 건식 및 습식 개질을 통해 수소와 일산화탄소의 혼합물인 합성가스를 획득하게 되는데, 이는 합성유 생성의 원재료로 화학공정에서의 활용도가 높을 뿐만 아니라 연료전지의 연료로도 사용 가능함.
- 상압 무전극 마이크로웨이브 플라즈마는 상압에서도 큰 부피를 가지며, 분자 진동 흥분으로의 선택적 에너지 결합을 통해 효율적인 개질이 가능하다는 가설이 존재
- 습식 개질 연구는 상당한 연구가 진행된 바, 탄화수소 건식 개질을 중심으로 연구를 진행함.
- 파생연구로, 유해폐기물 처리에 적용할 수 있도록 희석가스인 질소와 재결합 방지를 위한 질소-산소 혼합물에 대한 연구를 진행함.

연구 목표대비 연구결과
- 순수 이산화탄소에서 상압 마이크로웨이브 플라즈마를 발생시키어 특성 분석을 진행함. 이산화탄소 플라즈마의 온도는 6200 K이었으며 회전온도와 진동온도 간 차이 보이지 않았음. 더불어, 플라즈마 수치해석 도구를 개발하여 화학종 및 이온의 밀도와 주된 반응경로를 밝혀내었고, 실험과 수치해석 결과를 토대로 발생시킨 플라즈마가 열평형상태임을 밝혀내었음.
- 플라즈마 건식 개질은 메탄, 에탄올, 카본블랙/톨루엔 혼합물로 진행하였음. 플라즈마의 온도는 유량, 출력 변화에 무관하게 각각 6000 K, 5600 K, 7000 K 으로 측정되었음. 각 플라즈마의 색은 동일하게 노란색이었음. 메탄과 에탄올의 경우 가스크 로마토그래프(GC) 분석 결과를 토대로 개질의 결과물은 대부분 수소와 일산화탄소임을 확인하였고 카본블랙/톨루엔 혼합물의 경우 개질의 결과물은 대부분 일산화탄소임을 확인함. 수소의 비율이 매우 낮았는데, 이는 분해된 수소 원자가 GC 분석으로 검출되지 않는 수증기 혹은 다른 물질로 재결합 했을 것으로 사료함.
- 본 개질 연구 결과를 통해 상압 무전극 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 개질기 개발의 기초적인 데이터를 제공할 수 있을 것이라 사료함.
- 유해물질 처리 공정에서 희석가스로 사용되는 질소, 질소-산소 혼합가스에서의 플라즈마의 특성 분석을 진행하였음. 플라즈마 발광 분광 분석 및 수치해석 분석을 통해 상압 조건에서 질소, 질소-산소 혼합가스에서의 마이크로웨이브 플라즈마가 열평형 상태에 있음을 밝혀내었음.

연구개발결과의 중요성
- 열 플라즈마 방법 중 아크 플라즈마가 많이 연구되어 왔으나 장시간 사용 시의 전극 손상, 전극 삽입으로 인한 유동 교란, 작은 플라즈마 부피 등 여러 단점이 존재
- 마이크로웨이브 플라즈마는 전극 없이 상압에서 큰 부피를 갖는다는 장점 등으로 인해 응용 연구가 진행되어왔으나 해당 플라즈마의 기초 특성에 관한 연구는 미흡하였음.
- 본 연구에서는 플라즈마의 정량 정보, 즉, 회전/진동 온도, 전자밀도를 얻었으며, 마이크로웨이브 플라즈마에 대해 처음으로 전자온도, 진동온도, 병진-회전온도를 달리 취급하는 수치해석 도구를 개발하여 결과를 획득함.
- 본 과제를 통해 획득한 플라즈마 발광의 정량 분석법, 그리고 마이크로웨이브 플라즈마 수치해석 도구는 상압 마이크로웨이브 플라즈마 응용 연구의 기본 해석도구로 활용될 수 있음.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 2.1. 이산화탄소 마이크로웨이브 플라즈마 특성 연구 (1차년도) ... 4
• 2.2. 마이크로웨이브 플라즈마를 사용한 메탄 건식 개질 연구 (1차년도) ... 8
• 2.3. 마이크로웨이브 플라즈마를 사용한 에탄올 건식 개질 연구 (2차년도) ... 9
• 2.4. 마이크로웨이브 플라즈마를 사용한 카본블랙 건식 개질 연구 (3차년도) ... 11
• 2.5. 질소, 질소-산소 혼합가스에서의 마이크로웨이브 플라즈마 특성 연구 (1,2,3차년도) ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 15
• 대표적 연구실적 ... 16
• 끝페이지 ... 31