알칼리 수전해 시스템은 다양한 수소 생산 공정 중에서 가장 온실가스 발생량이 적은 그린 수소를 생산하는 방식 중 가장 오래된 기술이다. 알칼리 수전해 시스템은 알칼리 조건에서 사용되며, 고분자 전해질막 수전해와는 다르게 니켈, 코발트, 은 등의 안정한 전이금속을 전극촉매로 사용할 수 있다. 이 시스템은 가격이 저렴하고 대용량화가 용이하다는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점으로 알칼리 수전해 시스템은 20세기 초부터 MW급 수소발생장치에 적용되어 왔으며 현재 20여 개의 제조업체에서 상용제품을 판매하고 있는 안정화된 기술이다. 본 논문에서는 알칼라인 수전해의 기본원리 및 사용되는 촉매, 전극, 격막 등에 대해 알아보고 그 중 핵심소재인 격막의 연구개발 동향에 대해 살펴보고자 한다.

본 연구에서는 수전해용 ionomer의 분자동역학 전산모사 모델 제작을 위하여, 과량의 물 분자가 존재하는 수전해 시스템의 특성을 반영한 ionomer 모델을 제작한 후, 기존 연료전지용 전해질막 전산모사 조건에 맞춰 제작한 ionomer 모델과 비교하였다. 최종적으로 얻어진 모델은 과불소계 ionomer의 중요 특징 중 하나인 명확한 상분리 및 수화채널이 관찰되었으며, 과량의 물 및 높은 운전 온도 조건에서도 물에 녹지 않고 안정된 구조를 나타내었다. 제조된 ionomer 모델에서는 과량의 물 분자로 인한 이온 희석 효과로 이온 전달 성능 감소가 나타났으며, 반대로 수소 기체의 투과는 더 증가할 것으로 분석되었다. 따라서 이러한 수전해 시스템의 특성을 반영한 수전해용 ionomer 분자 구조 설계 전략이 필요하고, 분자동역학 전산모사 연 구 시에도 이를 감안한 수전해용 ionomer 모델 제작이 필요하다.

The International Convention for the Control and Management of Ships’ Ballast Water and Sediments was adopted by IMO (International Maritime Organization) on 13 February 2004. Fifty-seven ballast water management systems were granted basic approval of active substance by IMO, among which thirty-seven systems were granted final approval. This paper studies the maximum allowable dosage of active substances produced by ballast water management system using electrolysis which is an approved management system by IMO. The allowable dosage of active substances by electrolysis system is proposed by TRO (Total Residual Oxidant). Maximum allowable dosage of TRO is a very important factor in the ballast water management system when using the electrolysis methods, because ballast water management system is controlled with the TRO value, and the IMO approvals are given on the basis of the maximum allowable dosage of TRO for the treatment and discharge of ballast water. However, between various management systems approved TRO concentration of maximum allowable dosage showed large differences, ranging from 1 to 15 ppm, depending on the management systems. The discrepancies of maximum allowable dosage among the management systems may depend on whether a filter is used or not, the difference in the specifications of the electrolysis module, the kind of the tested organisms, the number of individual organisms, and the difference in the water quality, etc. Ship owners are responsible for satisfying the performance standard of the IMO convention in the ports of each country therefore need to carefully review whether the ballast water management system can satisfy the performance standard of the IMO convention or not.

선박의 항해 안전성을 유지하기 위하여 평형수 탱크에 주입ㆍ배출되는 선박평형수는 그 안에 포함되어 있는 각종 수중생물로 인하 여 지역 해양 환경에 부정적인 영향을 주고 있다. 국제해사기구(IMO)는 선박평형수를 통한 수중생물의 이동을 막기 위해, 2004년 선박평형수 와 침전물 통제 및 관리를 위한 국제협약을 채택하고 2016년 9월에 발효하여, 2017년 9월 이후 정기검사가 도래하는 모든 선박은 선박평형수 처리장치를 설치하도록 하였다. 선박평형수 처리 방식에는 활성물질을 이용하여 처리하는 전기분해식, 오존식, 약품식과 물리적인 처리방식인 필터, 자외선식 등으로 나누어 지며, 두 가지 방식을 혼용하여 사용하기도 한다. 일반적으로 비용과 효율 면에서 전기분해방식이 우수한 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 직접식 전기분해 선박평형수 처리장치의 기본 원리, 구성 요소, 육상 시험 내용을 고찰하였다. 육상시험은 정부시 험 시설이 설치되어 있는 KIOST 거제분원에서 300m3/h 처리 용량의 장치로 수행하였다. 이 육상시험을 통해 직접식 전기분해 선박평형수 처 리장치가 IMO에서 제시하고 있는 기준을 만족하고 다른 방식에 비해 효율적인 것을 확인하였다.

A water reuse system was designed for a demonstration plant by combining fiber filtration and electrolysis. A discharged dye wastewater after treated with biomedia was used in this study. It was found that an additional removal of suspended solids (SS) was feasible with 2‐stage filtration while electrolysis was not effective. Also, CODcr and CODMn were not removed with 2 ‐stage filtration but electrolysis resulted in about 26.9% additional removal. This indicates that electrolysis play an important role in organic removal. Removal of T‐N and T‐P was negligible with 1 and 2‐stage fiber filtration and low‐level electrolyte. However, with 2000 ppm of electrolyte, their removal efficiencies were about 83.1 and 60%, respectively, suggesting that the removal rates are well associated with the electrolyte concentrations. With high‐level electrolyte, colority was removed about 82% while chlorine ions were removed only about 10%. Therefore, to treat underground water containing high‐level salinity in the follow‐up study, based on the results in this paper, a combined system with selection of additional unit process and reverse osmosis will be designed.