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Non-renewable energy, renewable energy에 관한 보고서

Non-renewable 에너지-메탄 하이드레이트(methane hydrate)Non-renewable 에너지란 화석연료나 우라늄과 같이 한계가 있는 자원으로 얻는 에너지를 의미합니다. 저는 새로운 미래 에너지원으로 사용가능 할 것으로 판단되는 Non-renewable energy 들 중 무엇들이 있을지 고민했습니다. 고민 중에 예전에 신문 및 뉴스에서 독도의 보물, 독도의 지하 해저에 매장되어 있다는 불타는 얼음인 메탄 하이드레이트(methane hydrate)가 생각났고 이번 기회에 좀더 자세하게 알고 싶었습니다. 따라서, 저는 새로운 미래 에너지원으로 사용가능 할 것으로 판단되는 Non-renewable energy 중 메탄 하이드레이트에 대해 조사해보았습니다.1) 메탄 하이드레이트란?메테인 하이드레이트(methane hydrate, methane clathrate)는 바닷속 미생물이 썩어서 생긴 퇴적층에 메탄가스, 천연가스 등이 높은 압력을 받으면서 물과 함께 얼어붙은 고체 연료로, 많은 양의 메테인이 결정 구조의 물 안에 갇혀 있고 얼음과 비슷한 고체를 형성하는 고체 클라스레이트 화합물입니다. 여기서 클라스레이트 화합물이란 (clathrate compound)은 저온, 고압의 조건 하에서 물 분자가 결정 구조로 되어, 각종 분자를 빨아들인 형태를 의미합니다.2) 메탄 하이드레이트의 특성 및 분포 현황특성메탄 하이드레이트는 천연가스가 저온, 고압하에서 물분자와 결합돼 형성된 고체물질로,생성 조건은 0℃의 26기압, 10℃에서 76기압 정도로 알려져 있습니다.그리고 Methane, CH4가 90%이상을 차지하고 있어서 ‘Methane Hydrate’라고도 불리며, 드라이아이스와 유사한 외관을 가지고 있습니다.하지만, 유사한 외관을 가지고 있더라도 메탄 하이드레이트는 드라이아이스와 다른 특성을 가지고 있습니다. 불에 타지 않는 드라이아이스와는 달리 메탄 하이드레이트는 불을 붙이면 활활 타오릅니다. 메탄 하이드레이트가 불에 타오를 수 있는 이유는 높은 압력과는 물질입니다.또한, 90년대 말~ 20년대 초에 얻은 자료를 기준으로 이를 천연가스로 환산할 때 지구에는 총 250조m3에 달하는 양이 매장되어 있는 것으로 추정되며, 일본 주위의 바다에만 연간 천연가스 소비량의 100배에 달하는 6조m3가 매장되어 있는 것으로 추정된다고 합니다. 뿐만 아니라 한반도 해역에도 울릉도·독도 주변 등을 포함해 천연가스의 최소 20배 이상, 최대 수백 배에 이르는 엄청난 양이 매장된 것으로 알려지고 있습니다. 특히, 2007년 시험시추에서 독도 인근 동해의 메탄 하이드레이트 매장량은 약 6억톤에 달하는 것으로 나타났습니다.3) 메탄 하이드레이트의 회수 방법 및 생산 방법열수주입법열수주입법은 시추한 파이프로 스팀이나 뜨거운 물을 주입하는 가스 하이드레이트 층의 온도를 올려서 가스를 해리시키는 원리입니다. 하지만, 메탄 하이드레이트가 부존된 지반의 온도를 올리거나 열수주입법의 경우는 녹은 하이드레이트에서 배출된 메탄 가스로 인해 지반 내 압력이 높아져 지반이 붕괴될 가능성이 있습니다.감압법감압법은 가스 하이드레이트 지층 내에 압력을 낮추는 방법으로, 압력을 낮추면 하이드레이트는 얼음 또는 물로 해리가 됩니다치환법메탄과 분자구조가 비슷한 이산화탄소를 밀어 넣어 천연가스(메탄)를 뽑아내는 방법 입니다. 천연가스를 생산하면서 화석연료의 부산물인 이산화탄소를 저장할 수 있기 때문에 최근에 각광받고 있습니다.억제제주입법가스 하이드레이트의 형성을 억제하는 물질(메탄올, 에틸렌글리콜)을 지층에 주입하여 메탄가스를 해리하여 생산하는 기법입니다.4) 메탄 하이드레이트의 장점과 단점장점a) 자연상태에서의 고밀도 집적에너지원1cc의 메탄 하이드레이트가 해리될 경우, 172cc의 메탄가스를 생산할 수 있다는 점이며, 이러한 점에서 자연상태의 고밀도 직접에너지로 평가되고 있습니다.전 세계 메탄 하이드레이트의 추정 매장량은 약 10조톤으로 석유 및 천연가스와 같은 화석에너지의 약 2배에 달하는 막대한 양이며, 이들 대부분은 수심이 깊은 해저의 퇴적층에 부존되 환경오염과 지질재해에 의한 피해 가능성 존재영구 동토지역과 심해에 부존되어 있는 메탄 하이드레이트는 지각변동, 온도상승, 해수면 변화 등에 의하여 해리되면 지반침하, 해저붕락 등을 야기시켜 큰 피해를 초래할 수 있습니다.b) 메탄 하이드레이트의 채굴 시 위험성압력 및 온도 조건이 달라진다면 메탄 하이드레이트가 녹아 메탄 가스가 분출됩니다.특히, 압축되어 있는 메테인은 채굴을 할 때 얼음조각을 잘못 건드려 가스가 새어나올 경우 매장층이 통째로 폭발해버릴 위험이 있습니다. Hyperlink "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%A9%94%ED%85%8C%EC%9D%B8_%ED%95%98%EC%9D%B4%EB%93%9C%EB%A0%88%EC%9D%B4%ED%8A%B8" https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%A9%94%ED%85%8C%EC%9D%B8_%ED%95%98%EC%9D%B4%EB%93%9C%EB%A0%88%EC%9D%B4%ED%8A%B8 Hyperlink "https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%81%B4%EB%9D%BC%EC%8A%A4%EB%A0%88%EC%9D%B4%ED%8A%B8_%ED%99%94%ED%95%A9%EB%AC%BC" https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%81%B4%EB%9D%BC%EC%8A%A4%EB%A0%88%EC%9D%B4%ED%8A%B8_%ED%99%94%ED%95%A9%EB%AC%BC Hyperlink "https://namu.wiki/w/%EB%A9%94%ED%83%84%20%ED%95%98%EC%9D%B4%EB%93%9C%EB%A0%88%EC%9D%B4%ED%8A%B8" https://namu.wiki/w/%EB%A9%94%ED%83%84%20%ED%95%98%EC%9D%B4%EB%93%9C%EB%A0%88%EC%9D%B4%ED%8A%B8 Hyperlink "http://blog.naver.com/kordipr/221515002956"조사하던 중 해수전지 배터리(Seawater Battery)가 인상 깊어 한 번 조사해 보았습니다.1) 해수전지 베터리(Seawater Battery)란?해수전지 배터리는 리튬 이온 배터리를 대체하기 위해 새롭게 등장한 배터리로, 해수 전지 베터리는 바닷물에 녹아있는 나트륨을 이용해 전기 에너지를 저장합니다. 나트륨 이온을 추출하여 음극재로 저장하고, 해수를 양극으로 이용해 전기를 생산하고 저장하며 그 나머지는 담수화를 시킵니다. 여기서 담수화란 바닷물로부터 염분을 포함한 용해 물질을 제거하여 순도 높은 음용수 및 생활용수, 공업용수 등을 얻어내는 과정입니다.2) 해수전지 베터리의 등장배경, 특성(원리), 분포(개발)현황해수전지 베터리가 등장하게 된 배경현존하는 원소 중에서 가볍고 작은 크기이면서 높은 효율을 낼 수 있는 것은 리튬(Li) 뿐입니다. 가벼워야 하는 휴대용 기기나 자동차에서 리튬이온전지가 전세계적으로 각광받고 있습니다. 그런데 최근 전 세계적으로 리튬(Li) 자원에 한계를 느끼고 있다고 합니다. 따라서 리튬이온배터리의 에너지저장시스템(ESS) 등 휴대성이 강조되지 않는 분야에서는 대체 금속을 사용하려고 노력 중에 있습니다. 그래서 리튬(Li) 대신 나트륨(Na)를 사용하는 해수 전지 개념이 도입되었고 바닷속의 나트륨을 원료로 하기 때문에 원료의 양에 한계가 없다는 점과 생산비용이 50%이상 저렴해 비용적인 측면 역시 해결해 줄 수 있어 앞으로 기대가 되는 Renewable 에너지입니다.해수전지 베터리의 특성(원리)< 나트륨이온이 녹아있는 액체를 양극으로 사용하는 해수전지의 컨셉>해수전지는 자연 바닷물을 전지의 양극물질로 활용합니다. 위의 그림을 보면, 해수전지는 리튬 이온이 포함되어 있는 고체화합물(ex. LiCoO2) 대신 나트륨이온이 포함되어 있는 액체(ex. 바닷물)를 양극물질로 사용하는 전지입니다.해수전지의 구동 원리는 리튬이온전지(2차전지)와 크게 다르지 않습니다. 충전 시에는 양극인 바닷물 속의 나트륨 이온과 전자가 각각 음극으로 이동술 단계에서는 셀을 최적화, 표준화, 규격화 합니다. 셀이 최적화 되어야만 고출력 전지를 제조할 수 있습니다.3단계에서는 최적화된 셀을 대량생산 가능한 플랫폼을 제작합니다. 이렇게 생산된 다량의 셀을 연결해서 해수전지팩을 제작하고 에너지시스템으로 연계합니다.마지막 4단계는 산업 현장과 비슷한 테스트 인프라를 구축한 뒤 해수전지시스템의 적용과 운용을 점검하고 상용화 이후 확산시킬 수 있도록 현장 적용 표준화 및 해수전지 운영시스템을 개발합니다.4) 해수전지 베터리의 장점과 단점장점a) 비용적으로 경제적최근 전 세계적으로 리튬(Li) 자원에 한계를 느끼고 있습니다. 리튬이온 베터리의 기본 원료인 코발트(CO), 리튬 원자재의 가격이 3배이상 폭등했습니다. 그와 반대로 해수전지 베터리는 바닷속의 나트륨(Na)를 원료로 하기 때문에 원료의 양에 한계가 없습니다. 또한 해수전지는 생산비용 역시 50%이상 저렴하기 때문에 비용적으로 긍정적입니다.b) 담수화를 통한 이득충전의 과정에서 바닷물 속의 나트륨 이온이 전지 안으로 이동하게 되면서 바닷물이 담수화가 됩니다. 담수화가 되면 바닷물로부터 염분 등이 제거되기 때문에 음용수 및 생활용수, 공업용수 등을 얻을 수 있습니다.c) 해수전지의 다양한 활용도해수전지 베터리는 해수가 풍부한 해상이나 해저에서 대형선박, 잠수함의 전원으로 사용하면 해수를 계속 공급할 수 있기 때문에 유용하게 쓰일 수 있으며, 해안에서 원자력 발전소의 비상 전원 장치 등으로 활용할 수 있습니다.d) 친환경적인 에너지해수전지는 자연 바닷물을 사용하기 때문에 친환경적이고, 이로 인해 희소금속인 리튬과 코발트 등의 사용량이 적어져 채굴량 감소 등 여러 면에서 환경을 보호할 수 있습니다.단점a) 낮은 출력해수전지 베터리는 출력이 낮다는 단점이 있습니다. 베터리의 출력, 용량, 수명 등은양극물질(나트륨) 외에도 전해질, 음극 등에도 영향을 받기 때문에 이러한 단점을보완하기 위해 음극 또는 전해질 등의 다른 소재의 연구가 필요합니다. Hyperlink "https855

공학/기술| 2021.01.07| 10페이지| 3,000원| 조회(180)

재생에너지, renewable energy, 비재생에너지, Non-renewa..

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나프타 크래킹에서부터 에틸렌의 제조 공정 과정 평가A+최고예요

REPORTIntroduction교수님의 에너지설계강의를 듣고 나서 전에는 잘 알지 못했던 석유에 대해서 자세하게 알게 되었고 관심을 가지게 되는 계기가 되었습니다. 또한, 강의에서 석유화학공업에 대해 쉽고 자세하게 설명해주셔서 이해가 잘 되었습니다. 지금 작성하는 레포트도 이미 교수님의 강의에서 다뤄주신 내용이지만, 레포트를 작성하는 동시에 복습하면서 잘 숙지 하도록 하겠습니다.분별증류(distillation)원유는 그 원산지(두바이,텍사스,브렌트 등)에 따라 원유에 포함되어있는 탄소화합물의 구성 및 다른 불순물(황,질소,산소 등)의 함량이 다르다. 석유화학분야에서 원유탐사와 생산단계까지를 upstream이라고 한다. 그래서 다양한 원유 중에서 어떤 원유를 구매할지 결정하고 국내로 원유를 수입해온다.수입해온 원유는 혼합물이라 그대로 사용할 수가 없는데, 그래서 물리적인 방법과 화학적인 방법으로 분리를 한다. 국내에서는 정유회사(GS칼텍스,S오일 등)들이 이 원유들을 분별증류(distillation)을 이용해서 즉, 끓는점 차이로 원유를 분리한다. 여기서 분리된 물질들은 위에서부터 LPG,나프타,등유,경유,중유,아스팔트 순이다. 위에서 나오는 물질들일수록 탄소개수가 적다. 그래서 아래에서 나오는 물질들 보다 가볍고 끓는점도 낮다. 여기서 나프타에 주목해야 된다. 나프타로부터 다양한 석유화학제품(petrochemical)들을 만들 수 있기 때문이다.나프타(Naphtha)나프타는 끓는점이 30~200도 정도 되고, 탄소수가 5~12개인 탄소들로 구성된 물질이다. 나프타는 우리가 흔히 알고있는 자동차 연료인 휘발유(gasoline)을 포괄하는 넓은 범위의 물질이다. 국내에 있는 거대한 화학단지에서 나프타를 이용해서 다양한 화학제품을 만들어낸다. 원유정제와 수송 및 판매, 각종 석유화학 제품들을 생산하는 단계를 downstream이라고 한다.크래킹(Cracking)크래킹은 비점이 높고 분자량이 큰 탄화수소를 끓는점이 낮고 분자량이 작은 탄화수소로 쪼개는 공정이다. 즉, 크래킹은 고분자공업에서 중요한 에틸렌,프로필렌,부타디엔,이소부틸렌 등을 얻기 위해 사용하는 공정이다.크래킹은 열분해(Thermal Cracking), 접촉분해법(Catalytic Cracking), 수소화 분해법(Hydrocracking) 이 있다.1) 열분해법열분해법은 높은 온도(1000도)에서 탄화수소를 쪼개는 방법으로 주로 에틸렌을 분해물로 얻는다. 반응 메커니즘은 유리기의 연쇄반응 즉, 라디칼 반응으로 올레핀계(이중결합 포함한 탄화수소)를 얻을 수 있다.2) 접촉분해법접촉분해법은 500도 정도에 제올라이트와 같은 촉매를 이용해서 분해하는 방법이다. 접촉분해법은 주로 프로필렌을 분해물로 얻고, 반응 메커니즘은 카르보늄이온이 생성되는 이온반응이다.3)수소화 분해법수소화 분해법은 비점이 높은 유분을 고압의 수소 속에서 촉매를 이용하여 분해시키는 공정이다. 촉매는 Mo,Ni 또는 제올라이트를 사용한다. 수소화분해법은 불순물들과 반응하여 필요 없는 불순물들을 제거 할 수 있다.(황은 H2S, 질소는 NH3, 산소는 H2O) 또한 올레핀의 수소첨가반응으로 Alkane을 제조할 수 있다.리포밍(개질, Reforming)리포밍은 옥탄가가 낮은 가솔린,나프타 등을 방항족 탄화수소(BTX)나 이소파라핀을 많이 함유하는 옥탄가가 높은 가솔린으로 전환시키는 공정이다.리포밍에는 1)접촉개질법(Catalytic Reforming), 2)알킬화법(Alkylation), 3)고분자법(Polymerization), 4)이성화법(isomerization) 이 있다.리포밍에서 중요한 것은 방향족 탄화수소(BTX)를 제조하는 것과 고급 가솔린을 얻는 것이다. 특히, BTX는 석유화학제품을 만드는데 매우 중요한 방향족 탄화수소이다.에틸렌(Ethylene)에틸렌은 가장 간단한 올레핀계(olepine) 탄화수소로 화학식은C2H4이다. 에틸렌은 산화,수소화,할로겐화,알킬화,수화,올리고머화,히드로포밀화 등 다양한 화학반응을 통해 화학공업에 필수적인 원료를 공급한다.산화에틸렌(EO)은 에틸렌을 산화시켜서 얻고 이는 다양한 계면활성제로 쓰인다.산화에틸렌을 수화시켜서 만든 에틸렌글리콜(EG)은 자동차의 부동액 원료이며, 테레프탈산과 중합해 폴리에스테르(섬유)를 제조한다.에틸렌의 할로겐화 반응으로 염화비닐(CH2CHCl)을 만들고 염화비닐을 중합하면 폴리염화비닐(PVC)를 합성할 수 있다.에틸렌을 벤젠과 반응시켜 에틸벤젠을 만들고 이 에틸벤젠을 탈수소화 반응을 통해 스티렌을 합성한다. 스티렌은 폴리스티렌(PS) 및 다양한 플라스틱 제조의 원료가 된다.에틸렌은 산촉매 존재 하에 수화시키면 합성에탄올이 되고 이는 의료용 소독 알코올 및 화학공업 원료로 사용된다.참고출처 Hyperlink "https://search.naver.com/search.naver?where=kdic&query=upstream&ie=utf8&sm=tab_nmr" https://search.naver.com/search.naver?where=kdic&query=upstream&ie=utf8&sm=tab_nmr Hyperlink "https://gscaltexmediahub.com/energy/petrochemistry-in-life-1/" https://gscaltexmediahub.com/energy/petrochemistry-in-life-1/ Hyperlink "https://gscaltexmediahub.com/energy/petrochemistry-in-life-2/" https://gscaltexmediahub.com/energy/petrochemistry-in-life-2/

공학/기술| 2021.01.07| 4페이지| 2,000원| 조회(214)

process, 나프타 크래킹, 에틸렌의 제조 공정

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에너지의 관점에서 석유화학산업의 미래를 예측하고 대응책을 제시

-에너지의 관점에서 석유화학산업의 미래를 예측하고 대응책을 제시-1. 석유와 대체에너지전세계적으로 석유를 본격적으로 사용하기 시작하면서 석유는 인류에 있어서 정말 없어서는 안될 에너지원으로 자리잡았다. 석유가 어느 나라에서든 필요하기에 석유수출기구인 OPEC은 전세계 경제에 크나큰 영향력을 행사했다. 또한 석유로 인한 국가 간 전쟁까지 발생했을 정도로 석유는 중요한 에너지원임이 분명하다. 그렇다면 석유의 양은 얼마나 남아있을까? 석유는 예상 소비기간이 약 40년 정도면 고갈된다고 10년 전에 뉴스나 학교에서 들었던 것 같다. 하지만, 실제로는 세계원유매장량은 매년 2.6%씩 지속적으로 증가하고 있다. 기술이 개발될수록 이전에는 탐사하지 못했던 곳에 가서 석유를 발견 및 시추가 가능해졌으며 셰일가스와 같이 이전에는 기술이 부족해 사용하지 못했던 것들이 사용가능 해졌다. 그렇기 때문에 앞으로도 석유는 쉽게 고갈 되지 않을 것으로 예측된다. 하지만 석유는 매장량이 한정적이므로 언젠가는 반드시 고갈되는 것 임은 분명하다. 그렇기 때문에 전세계의 많은 나라들은 석유를 대신하는 새로운 대체에너지원 개발에 힘쓰고 있다. 특히, 지금처럼 석유의 매장량이 비교적 충분할 때, 석유를 대체할 미래 에너지원을 신속히 개발해야 된다. 대체에너지원을 개발하지 않고 석유가 고갈된다고 가정해보자. 아마 석유와 같이 효율적인 에너지원이 사라진 인류는 기술발전에 있어 정체기가 올 것 이다. 지금 석유에너지원의 대체할 에너지원으로 태양열 에너지, 원자력에너지, 풍력 에너지, 바이오 매스, 수소에너지, 연료전지 등 다양한 기술들이 개발되고 있다.물론 이러한 대체에너지들은 환경에도 긍정적인 영향을 준다. 실제로 CO2의 경우 매년 세계적으로 약2.5%의 증가율을 보이고 있으며 그에 따라 2035년에는 평균기온보다 3.6까지 상승을 예측하고 있다. 이에 대한 주요한 원인은 석탄 및 석유와 같은 화석연료 때문이다. 특히, 화석연료를 연소 시켰을 때에는, NO2 , SO2 등의 환경오염물질이 배출되고, 이러한 환경오염물질들은 산성비, 오존층 파괴 등 심각한 환경 문제를 야기한다. 따라서 석유를 대체하는 에너지원들은 본래의 목적인 에너지원으로서의 역할을 수행하며 거기에 부수적으로 환경 문제를 해결하는 역할 역시 가능하다.2. Fuel Cell(연료전지)연료전지는 연료(LNG, LPG, Methanol, Gasoline 등) 및 공기 (O2)의 화학에너지를 전기 화학적 반응에 의해 전기에너지 및 열을 생산하는 능력을 갖는 전지(Cell)로 정의된다. 기본적인 연료전지는 수소나 탄화수소를 연료로 공급하는 연료극과 산소 공급처인 공기극, 두 개의 전극과 그 사이에 수소이온을 전달하는 전해질로 구성된다. 전체적인 반응식은 H2+ 1/2O2→ H2O+전기+열 이다.최근 수소에너지 활성화 방안에 따라 수소 자동차 등 다양한 곳에 적용될 수 있는 fuel cell (연료전지)의 개발 연구가 적극적으로 이루어지고 있다. 위에서 언급했던 것과 같이 연료전지는 에너지원으로서의 역할을 수행하며 동시에 환경에 긍정적인 영향을 줄 수 있다. 특히, 연료전지가 보급되고 어느 수준 이상으로 상용화가 된다면, 2030년에 CO2의 저감량이 10%까지 증가되어 배출되는 CO2 감축에 효과적이라고 보고 있다. 또한 연료전지는 화석연료를 연소 시켰을 때 배출되는 환경오염물질인 NO2, SO2가 나오는 대신 H2O가 나오기 때문에 매우 친환경적이다. 물론 현재는 연료전지의 원료인 H2를 생산하는 과정에서 Natural gas나 메탄올 등을 Reforming(리포밍)을 하거나 석탄의 Coal gasification을 이용하기 때문에 CO2가 발생하고 있지만, 향후 Electrolysis(전기분해)가 어느 수준 개발되고 상용화 된다면 H2를 생산하는 과정에서 환경에 부정적인 영향을 주는 요인을 제거할 수 있게 된다. 현재 발전소의 효율은 35~47%에 불과하고 중간에 송배전 손실을 따지게 되면 발전량의 1/3정도만 가정 등에서 전기로 사용할 수 있다. 하지만 연료전지는 발전효율이 45%이상이고 종합효율도 85%이상이어서 분산발전(필요한 곳에서 직접 전기를 생산)이 가능하다. 따라서 현재 화력발전보다 훨씬 발전효율이 좋고 그에 따라 비용이 감소한다는 장점이 있다.연료전지는 사용하는 연료나 작동 온도에 따라 나눌 수 있다. 또한 비슷한 온도 범위에서 작동하는 연료전지라도 사용하는 전해질이 다를 수 있다. 아래의 표를 보면 LTFC는 저온에서 구동하는 연료전지로 종류로는 AFC, PEFC, DMFC가 있다. 그리고 중간 온도에서 구동하는 연료전지는 PAFC가 있다. 그리고 상대적으로 고온에서 작동하는 연료전지인 MCFC와 SOFC가 있다.3. MCFC(Molten Carbonate Fuel Cell)용융탄산염 연료전지MCFC(Molten Carbonate Fuel Cell)는 전해질로 용융된 탄산나트륨 또는 탄산칼륨을 전해질로 사용하며, 탄산염을 녹이기 위해 650℃ 이상의 고온을 필요로 하여 고온 형 연료전지로 분류한다. 고온에서 빠른 전기화학반응은 전극에 쓰이는 촉매로 백금Pt 대신 니켈Ni을 사용하여 경제성을 향상시킨다. 또한 저온 형 연료전지에는 부적합한 석탄가스, 천연가스, 메탄올, 바이오메스, 에탄올 등 다양한 연료를 MCFC에서는 사용할 수 있다.MCFC는 아래 그림1과 같이, 탄산염을 포함한 전해질막 및 그것을 사이에 끼우고 있는 니켈 다공질로 된 음극과 양극 전극, 그 바깥쪽에 각각의 연료(수소)와 산화제(공기와 탄산가스)를 공급하는 분리막으로 구성되어 있다.분리판은 단위전지를 전기적으로 연결, 연료와 산화제 분리, 전기적으로 도체 & 낮은 기체 투과도, 전극면적 전체에 반응 가스 공급/ 생성물제거 해주는 역할을 한다. 다공성 전극은 반응이 일어날 수 있는 넓은 표면적 제공, 전자의 이동통로. 유동중인 기체와 전해질 분리해주는 역할을 한다. 전해질은 이온의 통로, 전자 이동 차단, 연료와 산소 분리하는 역할을 한다.4. MCFC의 원리 및 개질 TypeMCFC는 탄산이온(CO₃²-)을 전하 운반체로 사용한다. 공기극(Cathode으로 공급된 산소와 이산화탄소가 전선으로 공급된 2개의 전자와 만나 환원반응을 하여 탄산이온이 된다. 연료극(Anode)에서는 탄산이온과 수소의 산화반응이 이루어져 물과 이산화탄소 그리고 전자가 동시에 발생된다. 전체반응식은 수소와 산소가 반응하여 물이 생성되는 반응이지만, MCFC를 운전하기 위해서는 연료극에서 발생된 이산화탄소를 다시 공기극으로 순환시키는 기능이 필요하다.MCFC는 연료를 천연가스로 사용할 때 수소로 전환하는 방식에 따라 외부개질형과 내부개질형으로 구분하며 현재는 대부분 내부개질형을 선호한다. 개질기(Reformer)는 화석연료(천연가스, 메탄올, 석유 등)로부터 수소를 발생시키는 장치이다. 외부개질형은 연료를 미리 단독의 개질장치에서 수소를 변환시켜, 그것을 전지에 공급하는 방식이고 내부개질형은 전지 본체 내부에 개질용 촉매를 충전시켜, 연료를 직접 전지에 공급하는 방식이다. MCFC는 전기화학반응에서 발생하는 반응열을 별도의 외부 열 교환기 없이 직접 흡열반응인 내부개질반응에 이용하므로 전체시스템의 열효율이 증가한다. 천연가스 개질 방법에는 수증기개질(Steam Reforming), 부분산화(Partial Oxidation), 자열개질(Autothermal Reforming) 세가지 방식이 있으며 거의 수증기개질에 의하여 수소를 제조한다.그러나 수증기개질 과정에서, 개질기(STR)로부터 배출되는 일산화탄소의 농도는 일반적으로 약 7-13%로서 상당히 높은 수준이므로 이를 낮추기 위한 반응공정으로 수성가스 전환(water gas shift)반응이 필요하다. 수증기개질 반응에서 부산물로 생성되는 일산화탄소는, 수소가 필요한 많은 화학반응에서 불순물로 작용하여 촉매의 성능을 급격히 저하시킨다. 따라서, 일산화탄소 농도를 낮추고 수소의 생성을 증가시킬 수 있는 수성전환반응 공정은 수증기개질기에 있어서 필연적인 공정이다. Hyperlink "https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=ycl2k&logNo=221434560922&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F" https:// Hyperlink "https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=ycl2k&logNo=221434560922&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F" m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=ycl2k&logNo=221434560922&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F Hyperlink "http://web.yonsei.ac.kr/echemlab/public_html/data/fuelcell.pdf" http:// Hyperlink "http://web.yonsei.ac.kr/echemlab/public_html/data/fuelcell.pdf" web.yonsei.ac.kr/echemlab/public_html/data/fuelcell.pdf Hyperlink "file:///C:/Users/NHWM/Downloads/ì²" file:///C:/Users/NHWM/Downloads/%EC%B2%AB%EC%8B%9C%EA%B0%84%20%EC%84%B8%EB%AF%B8%EB%82%98%EC%9A%A9-% Hyperlink "file:///C:/Users/NHWM/Downloads/ì²" EA%B9%80%ED%95%9C%EC%84%B1.pdf Hyperlink file:///C:/Users/NHWM/Downloads/%EC%97%B0%EB%A3%8C%EC%A0%84%EC%A7%80%EC%A0%84%EB%B0%98%EC%9E%90%EB%A3%8C%20(1).pdf

공학/기술| 2021.01.07| 6페이지| 2,500원| 조회(129)

에너지, 보고서, 예측, 대응책, 석유화학산업의 미래

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나노공학개론2 REPORT

나노공학개론(2) REPORT저는 나노공학개론(2)이라는 과목을 수강하면서 교수님으로부터 금속결합 이온결합 공유결합 물질들이 형성되는 이유 및 원리와 형성될 경우 생기는 다양한 결정구조, 금속의 mobility, conductivity , resistivity에 관련된 이론 그리고 빛의 입자성질과 파동성질 등 다양한 것을 배웠습니다.그 중 저는 광전효과(photoelectric effect)가 가장 흥미로웠습니다. 광전효과는 금속 등의 물질이 고유의 특정 파장보다 짧은 파장을 가진(높은 에너지를 가진)전자기파를 흡수했을 때 전자를 내보내는 현상이고, 이 때 방출되는 전자를 광전자라고 하는데, 보통 전자와 성질이 다르지는 않지만 빛에 의해 방출되는 전자이기 때문에 붙여진 이름이라고 배웠습니다. 아무리 금속에 빛을 오랜 시간 그리고 강하게 준다고 해도 그 빛의 진동수가 금속이 전자를 방출하는 특정 진동수를 넘지 못하면 광전효과가 일어나지 않는 것이 신기했습니다. 저는 이런 광전효과를 이용하는 분야가 어디일까 찾아보았습니다.X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)가 광전효과의 원리를 이용하고 있었습니다. XPS는 ‘Electron Spectroscopy for Chemical Analysis(ESCA)’로 또한 알려져 있는데, X선이 물질에 입사하여 흡수되면 그 에너지에 의해서 허용되는 내각전자로부터 가전자까지 여기되어 원자는 이온화합니다. 이 여기된 전자는 고체 시료의 경우, 일부가 진공 중에 탈출하여 광전자로 되어 이 운동 에너지를 분석할 수 있습니다. 광전자의 에너지의 의해 원소분석이 가능함과 더불어 내각 전자준위는 원자의 화학결합 상태에 의해서 변화하고, 또 광전자 방출에 수반하여 전자 및 원자의 재배열에 의한 광전자 에너지의 변화도 더하여져 광전자 스펙트럼에 화학 시프트가 생깁니다. 여기서 화학결합 상태의 해석이 가능합니다.X선 광원에는 Mg, Al의 특정 X선이 많이 사용되고 이외에 Synchrotron도 쓰이고 있습니다. Synchrotron 이란 높은 에너지를 가지고 있으며 그 에너지를 조절할 수 있는 X-ray source 입니다. 이 Synchrotron은 앞의 Mg, Al의 고정된 특정 에너지와는 달리 에너지를 조절할 수 있다는 점에서 중요합니다.XPS는 샘플 표면의 상단 1~12nm 내에 존재하는 원소 및 양, 샘플의 표면 또는 bulk에 어떤 오염물질이 있는지, 시료 중 하나 이상의 원소에 대한 화학적 상태 식별 및 원자의 국부 결합에 대한 정보를 제공해주며 하나 이상의 전자 상태의 결합 에너지 및 전자상태의 밀도도 알려줍니다.XPS는 여러 강점과 함께 한계를 가지고 있습니다. 강점으로는 다양한 물질에 적용 가능합니다. XPS는 무기 화합물, 금속합금, 반도체, 고분자, 원소, 촉매, 안경, 세라믹, 도료, 종이, 잉크, 나무, 식물, 부품, 메이크업, 치아, 뼈, 의료용 임플란트, 바이오 물질 등을 분석하는데 사용될 수 있습니다. 이것은 큰 강점입니다. 그 이유는 어떤 다른 분석법에서는 샘플이 반드시 전기전도성이 있어야만 하고 생체 즉, 바이오 물질 또한 분석할 수 없습니다.한계로는 샘플이 ultra high vacuum에 있어야만 합니다. 광전자를 사용하기 때문에 이것이 ultra high vacuum이 아닌 곳에서 공기나 먼지와 같은 것들과 부딪히면 결과가 다르게 나올 수 있으므로 반드시 ultra high vacuum 환경이 필요합니다. 물론 위에서 바이오 물질을 분석할 수 있다고 했지만, 제한적으로만 분석할 수 있습니다.(short-range boning only). 그리고 고해상도로 분석을 한다면 분석시간이 오래 걸릴 수도 있습니다. 또한 detection limits가 보통 0.1% ~1.0% atomic percent로 제한되며 measured area도 10 micrometer diameter로 한계가 있습니다.나노공학개론을 수강하면서 배운 광전효과가 우리가 알지 못하는 물질의 표면을 분석하여 어떤 물질인지 알려주는 XPS에 이용된다는 것을 보고 놀라웠습니다. 이번 보고서를 쓰면서 어렵고 딱딱했던 이론이라고만 느껴졌던 것들이 실생활에서 어떻게 적용되고 응용되는지 조금이나마 느낄 수 있었습니다. 앞으로는 배운 이론들이 실생활 분야에서 어떻게 이용되는지 관심을 가지고 찾아보면서 지식의 폭을 넓히도록 노력할 것 입니다.출처. Hyperlink "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B4%91%EC%A0%84_%ED%9A%A8%EA%B3%BC" https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B4%91%EC%A0%84_%ED%9A%A8%EA%B3%BC Hyperlink "https://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_photoelectron_spectroscopy" https://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_photoelectron_spectroscopy Hyperlink "https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=736185&cid=42325&categoryId=42325" https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=736185&cid=42325&categoryId=42325

공학/기술| 2021.01.07| 3페이지| 2,500원| 조회(478)

광전효과, 레포트, 나노공학개론2

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해양에너지에 관한 보고서

1) 해양에너지(Ocean energy)의 정의해양에너지(Ocean Energy)는 재생에너지(Renewable energy)의 한 종류로, 지구상에 존재하는 바다를 이용해서 에너지(전기 또는 열 등)를 생산하는 방식입니다. 해양에너지의 종류에는 밀물과 썰물을 이용하는 a)조력 에너지, 조류의 흐름이 빠른 곳에서 해류의 흐름을 이용한 b)조류 에너지, 파도를 이용하는 c)파력에너지, 해수의 온도 차에 의하여 전기를 얻는 d)해수온도 차 발전 등이 있습니다.2) 해양에너지의 종류와 구체적인 발전방법a) 조력에너지 (댐이 필요+ 댐 설치에 의해 환경오염의 가능성이 존재)바다에는 밀물과 썰물, 즉 조석 현상이 매일 2회씩 주기적으로 나타납니다. 밀물과 썰물의 해수면 높이 차이는 지형조건에 따라 다르게 나타나고, 이러한 밀물과 썰물의 높이 차이에서 위치에너지를 운동에너지로 바꾸어 전기에너지를 생산하는 발전 방식을 조력발전이라고 합니다.조력 발전을 하기 위해 밀물과 썰물의 높이 차이가 큰 해역을 선정하여 방조제를 설치하고 해수를 가둔 후 밀물과 썰물에 따라 해수를 출입시키면서 안쪽과 바깥쪽의 수위 차를 이용하여 터빈을 돌려 발전하는 시스템입니다.조력발전은 아래 그림과 같이 방향과 발전시기에 따라 각각 분류되어집니다.b) 조류에너지 (댐의 설치가 필요 없다+ 친환경적)조류에너지는 빠른 조류(밀물과 썰물 때문에 일어나는 바닷물의 흐름)의 흐름을 이용해 터빈을 돌려 전기를 만드는 방식입니다. 조류 발전은 자연적인 흐름의 세기에 따라 발전량이 좌우된다는 단점이 있지만, 방조제로 바다를 막지 않아도 되기 때문에 환경적으로 긍정적입니다.조류발전은 물살의 방향과 회전축의 방향에 따라 크게 두 가지로 분류할 수 있습니다. 물살과 로터 회전축의 방향이 평행한 HAT방식, 직각을 이루는 VAT 방식으로 나뉩니다.또한 해양에서 조류발전 시스템을 어떻게 고정하는지 그 방식에 대해서도 파일고정식, 착저식, 계류식으로 분류할 수 있습니다.c) 파력에너지파력발전이란 파도의 상하운동 에너지를 이용해서 동력을 얻어 발전하는 방식입니다. 파도에서 발생하는 파랑에너지는 바닷물이 상하로 움직이며 발생하는 에너지를 뜻하는데, 해면이 상승하거나 하강하면서 출입하는 공기로 인해 터빈이 돌아가고 이를 통해 에너지를 얻을 수 있습니다.파력발전은 발전기의 작동원리에 따라 가동물체형, 진동수주형, 월파형 세 가지로 나눌 수 있습니다.가동물체형은 수면의 움직임에 민감하게 반응할 수 있도록 고안된 기구로 파랑에너지를 직접 전달하여 기구의 움직임을 전기 에너지로 변환하는 방식입니다,진동수주형은 파도의 상하운동을 이용하는 방식으로, 파도가 육지와 닿는 부분에 워터칼럼을 설치하면 내부의 공기가 움직이게 됩니다. 파도가 높아지면 공기층이 줄어들고, 파도가 낮아지면 공기층이 넓어지면서 흐름이 발생하게 되는데 즉, 공기의 흐름을 활용하는 파력발전 방식입니다.월파형 파력발전은 파도의 진행방향과 닿는 부분에 사면을 두어, 운동에너지로 인해 파도가 사면을 넘어서게 될 때 이를 위치에너지로 변환시키게 됩니다. 그리고 이때 넘어온 해수를 저장하게 되는데, 저장된 해수가 하부로 흘러가며 수차 터빈을 회전시키면서 에너지를 생산합니다.d) 해수온도 차 발전해양의 표층수는 태양 에너지로 가열되어 수온이 높고 심층수는 수온이 상대적으로 낮습니다. 이처럼 표층수와 심층수의 온도차를 이용해서 전력을 생산하는 방식을 해수 온도 차 발전이라고 합니다.발전원리는 가열된 바닷물을 파이프라인으로 끌어 증기를 만드는 장치에 보내게 되면 뜨거운 바닷물이 끓는점이 낮은 암모니아 또는 프로필렌을 증기로 만들고, 이 증기의 힘으로 터빈을 돌려 발전을 시킵니다. 사용한 증기는 심해의 찬 바닷물로 냉각하여 다시 유체로 만들어 계속 사용할 수 있습니다.아래의 그림은 해수온도 차 발전원리를 간략하게 나타낸 그림입니다.3) 해양에너지의 세계 현황(발전 종류별 발전량, 투자비용 등)세계 해양에너지 연간 설치규모, 2017년 115 MW에서 2025년 748 MW 전망해양에너지 선도국가, 각각의 에너지원별 차별화된 전략을 수립하여 기술개발 추진주요국 해양에너지 설치 규모4) 해양에너지의 국내 현황(발전 종류별 발전량, 투자비용 등)우리나라는 조력발전과 해수열이 가장 앞선 가운데 해상풍력도 준상용화 단계에 진입해양에너지 선도국 대비 우리나라의 기술수준은 80.3%, 기술격차는 4.2년국내 해양에너지 자원 종합 평가5) 해양에너지의 발전 방향과 예측단기적으로 해상풍력과 해수열에 집중하고, 중장기적으로 조류, 파력 등 해양에너지 전반의 상용화 추진 필요현재의 기술수준, 상용화단계, 건설 인프라 보유, 입지선정 조건, 초기 투자비, 유지비 등을 종합적으로 고려할 때, 단기적으로 대규모 보급이 가능한 해양에너지원은 해상풍력과 해수열이라고 합니다. 해상풍력은 초기투자비는 많이 들지만 기술수준, 건설인프라, 유지관리비 등을 고려할 경우 조기 상용화가 가능할 것으로 판단하고 있습니다. 해수열은 평가항목 전반에 걸쳐 우수한 것으로 평가되었으며, 이미 시범보급을 거쳐 일반보급 에 착수하여 조기 확대 보급이 가능할 것으로 판단하고 있습니다.그러나 조력발전은 세계 최대 규모의 시화조력발전 건설 및 운영 노하우가 있으나 댐 건설에 따른 환경문제, 지역사회의 수용성 등을 고려할 경우 기술력에도 불구하고 조기 확대 보급에는 한계가 있을 것으로 판단하고 있습니다.조류 및 파력발전은 날씨의 영향을 적게 받는 안정적인 에너지 공급원으로서, 현재 발전시스템의 실증을 위한 실해역 시험장 구축을 진행 중이며 향후 대규모 발전 인프라가 조성되면 신 재생에너지 보급 확대에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단하고 있습니다. Hyperlink "https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5810642&cid=60217&categoryId=60217" https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5810642&cid=60217&categoryId=60217 Hyperlink "http://www.edunet.net/nedu/contsvc/viewWkstCont.do?clss_id=CLSS0000000363&menu_id=82&contents_id=5e83d414-0256-41ce-a863-c3ec41fb765b&svc_clss_id=CLSS0000072455&contents_openapi=naverdic" http://www.edunet.net/nedu/contsvc/viewWkstCont.do?clss_id=CLSS0000000363&menu_id=82&contents_id=5e83d414-0256-41ce-a863-c3ec41fb765b&svc_clss_id=CLSS0000072455&contents_openapi=naverdic Hyperlink "https://www.kwater.or.kr/website/tlight/sub01_06_01.do" https://www.kwater.or.kr/website/tlight/sub01_06_01.do Hyperlink "https://search.naver.com/search.naver?sm=tab_hty.top&where=nexearch&query=%EC%A1%B0%EB%A5%98&oquery=%EC%A1%B0%EB%A0%A5%EB%B0%9C%EC%A0%84+%EC%9B%90%EB%A6%AC&tqi=UYyn7wprvmZssCiNLiZssssstkN-161482" https://search.naver.com/search.naver?sm=tab_hty.top&where=nexearch&query=%EC%A1%B0%EB%A5%98&oquery=%EC%A1%B0%EB%A0%A5%EB%B0%9C%EC%A0%84+%EC%9B%90%EB%A6%AC&tqi=UYyn7wprvmZssCiNLiZssssstkN-161482 Hyperlink "http://blog.daum.net/cosmicchung/7185939" http://blog.daum.net/cosmicchung/7185939 Hyperlink "https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=i_love_khnp&logNo=221605899962&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F" https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=i_love_khnp&logNo=221605899962&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F Hyperlink "http://blog.energy.or.kr/?p=9154" http://blog.energy.or.kr/?p=9154 Hyperlink "file:///C:/Users/NHWM/Downloads/KMI%20%EB%8F%99%ED%96%A5%EB%B6%84%EC%84%9D%2041%C8%A3%20(0809).pdf" file:///C:/Users/NHWM/Downloads/KMI%20%EB%8F%99%ED%96%A5%EB%B6%84%EC%84%9D%2041%C8%A3%20(0809).pdf

공학/기술| 2021.01.07| 9페이지| 2,000원| 조회(215)

에너지, 해양에너지, 해양에너지에 관한 보고서

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