"백수소셰프"의 두 판 사이의 차이

2024년 11월 28일 (목) 21:49 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : TC-LOHC 시스템의 수소 방출 및 저장을 위한 열역학적 모델링 및 시뮬레이션 연구

영문 : Thermodynamic Modeling and Simulation Study for Hydrogen Release and Storage in TC-LOHC Systems

과제 팀명

백수소셰프

지도교수

유준재 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학과 2018340028 윤관(팀장)

서울시립대학교 화학공학과 2018340019 박정원

서울시립대학교 화학공학과 2019340001 강순철

서울시립대학교 화학공학과 2021340011 김예원

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ SOFC 연료전지는 기존 화석 연료와 다르게 생산 및 사용과정에서 탄소 배출이 없는 수소를 사용하기 때문에 탄소저감시대에 각광받는 새로운 발전방식이다. 하지만, 발전과정에서 많은 열이 필요하며, 주 연료인 수소를 운반하기 위해선 액체 상태 혹은 압축하여 운송해야하는데, 이는 매우 많은 에너지를 소비한다. 이를 해결하기 위해 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carriers)를 통해 수소를 이동 시키는 방법을 제시한다.

◇ LOHC들의 탈수소화 반응의 온도가 각각 다른 점을 이용해 이들의 반응 공정을 각각 설치하는 것 보다 TC(Temperature Cascade) 구조를 채택하여 각 반응온도가 다른 LOHC1, LOHC2, LOHC3, LOHC4를 각자 반응 후 남은 잔열로 다음 LOHC를 반응하기 위한 열로 만드는 공정을 제시한다.

◇ 이렇게 반응온도가 다른 LOHC들을 TC구조를 사용했을 때, 기존 Stand alone으로 있는 공정보다 더 에너지 절감과 효율적인 발전이 가능한지 공정시뮬레이션 프로그램인 Aspen Plus로 비교하여 결과를 확인한다. 또한, 기존 제시된 LOHC 이외에도 공정에 추가가 가능한 LOHC가 있는지 탐구하고 그 LOHC를 추가한 공정과 기존 공정을 비교해본다.

개발 과제의 배경

◇ 이 연구는 수소 경제를 실현하기 위한 핵심 기술인 수소 저장 및 운반 시스템의 효율성을 향상시키는 것을 목표로 한다. 수소는 청정에너지원으로서 잠재력이 크지만, 저장 및 운송 과정에서의 에너지 소모와 안전 문제가 과제로 남아 있다. 기존의 수소 저장 방식인 고압 압축 또는 액화는 고도의 에너지가 필요하고 경제적, 환경적 부담이 커 대안이 필요하다.

◇ 이에 따라 액상 유기 수소 운반체(LOHC)는 기존의 화석연료 운반 인프라를 활용할 수 있다는 장점과 더불어 비교적 안전하고 탄소 배출이 적어 새로운 대안으로 주목받고 있다. 그러나 단일 LOHC 시스템은 탈수소화 과정에서 에너지 효율이 떨어지는 한계가 있다. 이를 해결하기 위해 ‘온도 계단식(Temperature-Cascade)’ 탈수소화 방식이 도입되었다. 여러 LOHC 물질을 동일한 열원에서 순차적으로 탈수소화하여 수소 방출 효율을 단일 시스템 대비 1.3배에서 2배까지 향상시킬 수 있다. Brigljević, B., Lee, B., Dickson, R., Kang, S., Liu, J. J., & Lim, H. (2020). Concept for temperature-cascade hydrogen release from organic liquid carriers coupled with SOFC power generation. Cell Reports Physical Science, 1(3).

◇ TC-LOHC 시스템은 Stand-alone 시스템에 비해 더 많은 수소를 생산할 수 있는 기술로, 공정 복잡성을 크게 증가시키지 않으면서도 효율성을 극대화할 수 있다. 이를 통해 LOHC 기반 수소 공급망의 효율성을 높이고, 탄소 배출이 없는 청정 수소 생산에 기여함으로써 지속 가능한 수소 경제 활성화에 중요한 역할을 기대할 것으로 기대된다.

개발 과제의 목표 및 내용

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ====개발 과제의 배경====
-내용
+◇ 이 연구는 수소 경제를 실현하기 위한 핵심 기술인 수소 저장 및 운반 시스템의 효율성을 향상시키는 것을 목표로 한다. 수소는 청정에너지원으로서 잠재력이 크지만, 저장 및 운송 과정에서의 에너지 소모와 안전 문제가 과제로 남아 있다. 기존의 수소 저장 방식인 고압 압축 또는 액화는 고도의 에너지가 필요하고 경제적, 환경적 부담이 커 대안이 필요하다.
+◇ 이에 따라 액상 유기 수소 운반체(LOHC)는 기존의 화석연료 운반 인프라를 활용할 수 있다는 장점과 더불어 비교적 안전하고 탄소 배출이 적어 새로운 대안으로 주목받고 있다. 그러나 단일 LOHC 시스템은 탈수소화 과정에서 에너지 효율이 떨어지는 한계가 있다. 이를 해결하기 위해 ‘온도 계단식(Temperature-Cascade)’ 탈수소화 방식이 도입되었다. 여러 LOHC 물질을 동일한 열원에서 순차적으로 탈수소화하여 수소 방출 효율을 단일 시스템 대비 1.3배에서 2배까지 향상시킬 수 있다. Brigljević, B., Lee, B., Dickson, R., Kang, S., Liu, J. J., & Lim, H. (2020). Concept for temperature-cascade hydrogen release from organic liquid carriers coupled with SOFC power generation. Cell Reports Physical Science, 1(3).
+◇ TC-LOHC 시스템은 Stand-alone 시스템에 비해 더 많은 수소를 생산할 수 있는 기술로, 공정 복잡성을 크게 증가시키지 않으면서도 효율성을 극대화할 수 있다. 이를 통해 LOHC 기반 수소 공급망의 효율성을 높이고, 탄소 배출이 없는 청정 수소 생산에 기여함으로써 지속 가능한 수소 경제 활성화에 중요한 역할을 기대할 것으로 기대된다.
 ====개발 과제의 목표 및 내용====
 내용