본 실험에서는 Ti를 기반으로 한 평판 수소 분리막을 설계하여 제조하였다. 새로운 조성의 Ti를 베이스로 한 수소 분 리막을 찾기 위하여 여러 합금들의 물리화학적 특성과 수소투과도 사이의 상관관계에 대해 조사하였다. 이를 바탕으로 신조성의 합금막 2종(Ti14.2Zr66.4Ni12.6Cu6.8 (70 μm), Ti17.3Zr62.7Ni20 (80 μm))을 설계 및 제조하였다. 제조된 평판 수소 분리막은 300~500°C, 1~4 bar의 조건에서 혼합 가스(H2, N2), sweep 가스(Ar)를 이용하여 수소 투과 실험을 진행하였다. Ti14.2Zr66.4Ni12.6Cu6.8 합금 막은 500°C, 4bar에서 최대 16.35 mL/cm2min의 flux를 가지며, Ti17.3Zr62.7Ni20 합금막은 450°C, 4 bar에서 최대 10.28 mL/ cm2min의 flux를 가진다.

에너지 패러다임의 변화가 요구되는 현대에 수소는 매력적인 에너지원이다. 이러한 수소를 정제하는 기술 중에서 분리막을 이용한 기술은 저비용으로 고순도의 수소를 정제할 수 있는 기술로 주목받고 있다. 그러나 수소 분리 성능이 뛰어 난 팔라듐(Pd)은 가격이 매우 비싸 이를 대체한 소재가 필요하다. 본 연구에서는 수소 투과 성능은 좋으나 수소 취성에 약한 니오븀(Nb)과 수소 투과 성능은 떨어지나 내구성이 뛰어난 니켈(Ni)과 지르코늄(Zr)을 혼합한 합금으로 분리막을 제조하여 1~4 bar, 350~450 °C 조건에서 수소 투과 특성을 확인하였다. Pd를 코팅하지 않은 Ni48Nb32Zr20 분리막의 경우 최대 0.69 ml/cm2/min의 투과량을 보였으며, Pd가 코팅된 경우에는 최대 13.05 ml/cm2/min의 투과량을 보였다.

수소 동위 원소는 중성자 수에 따라 경수소, 중수소, 삼중수소로 분류될 수 있으며, 각 원소는 특정 분야에서 사용 되고 있다. 구체적으로, 중수소는 전자 산업, 원자력에너지 산업, 분석기술 산업, 의약품 산업, 그리고 통신 산업에서 관심을 받고 있다. 냉각 증류, 열 주기 흡수 공정, Girdler sulfide 공정, 그리고 수전해와 같은 기존의 방법들은 각각의 장단점을 가지 고 있지만, 공통적으로 막대한 에너지를 필요로 하는 공정에 기반한다는 문제점을 가지고 있다. 높은 에너지 효율을 보이는 기술을 기반으로 분리하는 공정의 개발이 요구되는 실정이다. 이런 맥락에서 막을 사용한 수소 동위 원소 분리 기술이 에너 지 소비를 줄이는 유망한 해결책 중 하나라 볼 수 있다. 이 총설에서는 분리막을 활용한 수소 동위원소 분리에 관한 선행 연 구와 그들의 작동 원리를 소개하고자 한다. 특히 최근 제시되고 있는, 그래핀 기반 전기적 펌핑을 통한 수소 동위원소 분리 기술에 대하여 다루고자 한다. 분리막을 활용한 수소 동위원소 분리에 대한 기술은 이제 개념이 제안되기 시작한 단계이며, 많은 부분에서 해결해야 할 난제가 있다. 그러나 이를 달성할 경우 경제적인 효과가 상당할 것으로 판단된다. 이를 위한 향후 연구 방향에 대해서 논하고자 한다.

수소는 연소 과정에서 산소와 반응하여 물과 열만을 생성하며 공해 물질이 배출하지 않아 깨끗한 에너지원으로 간주된다. 이러한 특징으로 산업 활동으로 비롯된 대기 오염, 이상 기후 문제 등을 해결 하기 위한 대책안으로써 수소를 활용한 신재생에너지가 세계적으로 주목받고 있다. 이에 따라 선행 연 구에서는 수직형 탱크 구조의 취약부로 평가되는 지지부 단면 변화에 따른 영향성을 평가하기 위해 수소 생산 인프라 현장 조사를 수행한 바 있으며, 현장 조사 중에 현장 설치된 수소 탱크 강재 지지부 의 부식 문제를 확인하였다. 지지부의 부식은 구조물의 전체 강성을 감소시키며, 재난(지진)에 취약해 져 수소 저장 용기가 손상으로 인한 2차 피해로 이어질 수 있다. 이에 따라 본 연구는 선행 연구의 후속 연구로써 강재 지지부의 부식 문제를 개선하고자 고강도-저중량 재료인 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)를 사용한 지지부를 개발하여 수치해석을 통해 CFRP 지지부의 내진 성능평가를 목적으로 한다. 해석에 사용된 수소 탱크는 크게 몸체, 지지부, 기초부, 앵커 볼트로 구성되어 있으며, 지지부는 높이 965mm, 75×75×9.5mm의 L형강 4개로 확인되었다. 지진 하중에 대한 동적 성능을 평가하기 위해 시간이력해석법이 사용되었으며, 적용 동적하중의 경우, ASCE의 ICC-ES에서 제시한 평가 기준에 따라 AC 156 Amplitude 100%의 인공 지진을 적용하였다. 해석 결과, CFRP 지지부와 강재 지지부 상단의 최대 변위가 각각 35.48, 32.54mm로 매우 유사한 것으로 나타났으며, Hashin Damage Criteria를 사용하여 CFRP 지지부의 최대 손상 지수를 측정한 결과 수지의 인장측에서 0.065로 확인되었다. 이는 기준 손상 지수 1 대비 매우 낮은 수준이며, 해석 결과를 종합했을 때 CFRP 지지부는 충분한 안전성을 보이는 것으로 판단된다.

본 실험에서는 α-Al2O3 지지체에 무전해도금을 이용하여 Pd-Ag-Cu 분리막을 제조하였다. Pd, Ag, Cu는 각각 무 전해도금을 통해 지지체 표면에 코팅하였고, 합금의 형성을 위해 무전해도금 중간에 H2, 500°C의 조건에서 18 h 동안 열처리 를 진행하였다. 이를 통해 제조된 Pd-Ag-Cu 분리막은 SEM을 통해 표면을 관찰하였으며, Pd 분리막의 두께는 7.82 μm, Pd-Ag-Cu 분리막의 두께는 3.54 μm로 측정되었다. EDS와 XRD 분석을 통해 Pd-Ag-Cu 합금이 Pd-78%, Ag-8.81%, Cu-13.19%의 조성으로 형성된 것을 확인하였다. 기체투과 실험은 H2 단일가스와 H2/N2 혼합가스에서 실험을 진행하였다. H2 단일가스에서 측정한 수소 분리막의 최대 H2 flux는 Pd 분리막의 경우 450°C, 4 bar에서 74.16 ml/cm2·min이고, Pd-Ag-Cu 분리막의 경우 450°C, 4 bar에서 113.64 ml/cm2·min인 것을 확인하였고, H2/N2 혼합가스에서 측정한 separation factor의 경우 450°C, 4 bar에서 각각 2437, 11032의 separation factor가 측정되었다.

본 연구에서는 수소 자원의 활용도가 높아짐에 따라 수소 저장 용기의 내진 성능을 평가하기 위해 수소 저장 시설을 방문하여 현장 조사를 수행하였다. 외관 조사 중, 수조 저장 용기의 지지부에서 부식이 진행됨을 확인하였고, 이에 대한 대책안 으로 내부식성 재료인 CFRP로 대체하여 성능을 평가, 검증하였다. 이를 위해 현장 조사 결과를 바탕으로 상용 유한요소해석 프 로그램인 ABAQUS를 사용하였으며, 해석 결과 CFRP로 제작된 수소 저장 용기의 지지부는 강재 대비 약 12배 이상 뛰어난 성 능을 보였다. Hashin Damage Criteria를 기반으로 CFRP 지지부의 안전성 검토를 수행한 결과 최대 손상 지수가 0.065로 확인되 었다. 기초부 콘크리트의 경우, 쪼갬 및 휨 인장 응력에 대한 안전성을 검토하였으며, 허용 강도 대비 7~36%의 안전도를 보였 다. 이를 근거로 CFRP를 수소 저장 용기의 지지부에 적용하는 것은 합리적이며, 뛰어난 경제성을 보인다. 다만, 이러한 결과는 수치 해석에 의하므로 실규모 지진동 모사 시험을 통해 해석 모델의 신뢰성을 보충할 필요가 있다.

Mg81Ni19-8wt.% REO (oxides of Lanthanum and Cerium) alloys were successfully prepared using mechanical alloying method with Mg-Ni alloy and REO powder. Phase analysis, structural characterization, and microstructure imagine of the alloys were conducted using X-ray diffraction (XRD), metallurgical microscope, and transmission electron microscopy (TEM) methods. Multi-phase structures, including the primary phase of Mg2Ni and several secondary phases of Mg + Mg2Ni, MgNi-LaO, and MgNi-CeO, were found in in the as-cast Mg81Ni19- 8wt.% REO alloys. XRD and TEM results showed that Ce exhibits variable valence behavior at various stages, and the addition of REO promotes the nanocrystalline of the alloy. The hydrogen absorption capacity of ball-milled Mg81Ni19 and Mg81Ni19- 8wt.%REO alloy for 2 h at 343 K is 1.34 wt.% and 1.83 wt.%, which are much larger than 0.94 wt.% of as-cast Mg81Ni19 alloy. The addition of REO led to a decrease of the thermal decomposition temperature of the alloy hydride by approximately 20 K and a reduction of the activation energy of the hydrogen desorption reaction by 10% and 13%, respectively.

The electrification of transportation is expected to greatly contribute to achieving the global climate change target. This study analyzed technological competitiveness in the fuel cell electric vehicle (FCEV) field based on patent family and citation index. Technology analysis was conducted by dividing FECV into six sub-technology areas based on IPC with fuel cell system, fuel cell technology, vehicle system, hydrogen storage and fueling, catalyst technology and etc. The largest number of patents are being filed in the fuel cell system technology field, and the fields with high growth rates over the past 10 years (2012-2022) were vehicle systems (12.4%) and hydrogen storage fuel field(11.5%). As of 2021, among global automakers, Toyota ranks the first in patent applications for FECV followed by Hyundai Motors in Korea, followed by Honda and Audi, with an average annual growth rate of 19.8%, the highest among competitors.

In this study, a numerical analysis study was conducted on the flow characteristics according to the internal flow path change and differential pressure of the hydrogen shut-off valve, and through this, the pressure loss characteristics and flow coefficient of the hydrogen shut-off valve were predicted. ANSYS CFX program was used to predict the flow characteristics of the hydrogen shut-off valve. When the flow path gap was 1.3 mm, the design conditions of the hydrogen shut-off valve were satisfied, and the value of the flow coefficient of the valve was about 1.53. As the inlet pressure of the hydrogen shut-off valve increases, the outlet flow rate increases, but regardless of the inlet pressure, the flow coefficient of the valve is almost constant, ranging from 1.53 to 1.56, indicating that it is the inherent flow coefficient of the designed hydrogen shut-off valve.

Liquified hydrogen is considered a new energy resource to replace conventional fossil fuels due to environmental regulations by the IMO. When building tank for the storage and transportation of liquified hydrogen, materials need to withstand temperatures of -253°C, which is even lower than that of LNG (-163°C). Austenitic stainless steel mainly used to build liquified hydrogen tank. When building the tanks, both the base material and welding zone need to have excellent strength in cryogenic condition, however, manual arc welding has several issues due to prolonged exposure of the base material to high temperatures. Laser welding, which has some benefits like short period of exposure time and decrease of thermal affected zone, is used many industries. In this study, laser bead on plate welding was conducted to determine the laser butt welding conditions for STS 304 and STS 316L steels. After the BOP test, cross-section observations were conducted to measure and compare four bead parameters. These tendency result of laser BOP test can be used as conditions laser butt welding of STS 304 and STS 316L steel.

Decarbonization plays an important role in future energy systems for establishing a zero-carbon society. Hydrogen is believed to be a promising energy source that can be converted, stored, and utilized efficiently, leading to a broad range of possibilities for future applications. Hydrogen can be stored in various forms, including compressed gas, liquid hydrogen, hydrides, adsorbed hydrogen. Among these, liquid hydrogen has high gravimetric and volumetric hydrogen densities. There are a lot of previous studies on thermal behavior of MLI and VCS and optimization insulation system, but research on the insulation performance by varying the head shape of the tank has not been conducted. In this study, thermal-structural coupled analysis was conducted on the insulation system with VCS positioned between two layers of MLI for a liquid hydrogen storage tank. The analysis considered dome shapes (torispherical, circle, ellipses), and heat flux and temperature were derived from thermal analysis to predict insulation performance. Maximum equivalent stress and deformation were calculated from the structural analysis, and the optimal dome shape was proposed.

본 연구에서는 중공사형 이산화탄소 분리막 모듈을 사용하여 수소개질기 배가스로부터 이산화탄소 포집을 목적 으로 한 분리막 공정 최적화 연구를 진행하였다. 랩스케일의 소형 분리막 모듈을 사용하여 혼합기체를 대상으로 이산화탄소 순도 90% 및 회수율 90%을 달성하는 2단 공정 조건을 도출하였다. 막 면적이 정해진 모듈의 분리막 공정에서는 스테이지-컷, 주입부 및 투과부 압력에 따라서 포집 순도 및 회수율이 모두 다르게 나타나기 때문에 운전 조건에 대한 최적화가 필수적이 다. 본 연구에서는 다양한 운전 조건에서 1단 분리막에서 보이는 공정 포집 효율의 한계를 확인하고, 높은 순도와 회수율을 동시에 달성하기 위한 2단 회수 공정을 최적화하였다.

In this study, the hydrogen sulfide removal performance of materials that can be used instead of NaOH was evaluated to reduce the amount of NaOH, a harmful substance used in chemical cleaning methods. Three alternative chemical agents were evaluated: commercially available chemical-based CB, enzyme-based EB, and natural substance-based NB. The hydrogen sulfide removal performance evaluation consisted of three lab tests: the EL608 method, a method using a bag, a method using a sensor and a chamber, and a field test conducted on a scrubber in operation in the actual field. As a result of evaluation by the EL608 Method, CB was 92.3% (±2.9%), EB 60.5% (±5.8%), and NB 88.3% (±3.6%), similar or somewhat similar to NaOH (5%) 99.8% (0.1%). In the evaluation of the hydrogen sulfide removal performance using Bag, the Michaelis-Menten coefficient was CB 4.30 and EB 5.30, lower than NaOH 6.60, and the affinity for hydrogen sulfide was evaluated to be stronger. Even in the method using the sensor and chamber, CB and EB showed similar hydrogen sulfide removal performance of NaOH, but NB showed low treatment performance. In the evaluation using the scrubber in the actual field, the treatment efficiency of CB and EB was higher than that of NaOH under all hydrogen sulfide inlet concentration conditions. If microorganisms grow on the packing material filled inside the scrubber, treatment efficiency may decrease. In order to prevent this phenomenon, the microbial growth inhibitory function of alternative materials was evaluated, and CB, EB, and NB were all superior to NaOH. As a result of this study, it was shown that CB and EB can replace NaOH because they have excellent performance in removing hydrogen sulfide and inhibiting microbial growth.

Single-atom Pd clusters anchored on t-BaTiO3 material was synthesized using hydrothermal and ultrasonic methods for the effective piezoelectric catalytic degradation of pollutants using vibration energy. XRD patterns of BaTiO3 loaded with monoatomic Pd were obtained before and after calcining, and showed typical cubic-phase BTO. TEM and HAADF-STEM images indicated single-atom Pd clusters were successfully introduced into the BaTiO3. The piezoelectric current density of the prepared Pd-BaTiO3 binary composite was significantly higher than that of the pristine BaTiO3. Under mechanical vibration, the nanomaterial exhibited a tetracycline decomposition rate of ~95 % within 7 h, which is much higher than the degradation rate of 56.7 % observed with pure BaTiO3. Many of the piezo-induced electrons escaped to the Pd-doped BaTiO3 interface because of Pd’s excellent conductivity. Single-atom Pd clusters help promote the separation of the piezo-induced electrons, thereby achieving synergistic catalysis. This work demonstrates the feasibility of combining ultrasonic technology with the piezoelectric effect and provides a promising strategy for the development of ultrasonic and piezoelectric materials.