이동현 연구실은 화학공학과를 기반으로 연소 및 에너지 변환, 유동층 반응기, 촉매 및 첨단 탄소소재 합성 등 다양한 분야에서 세계적 수준의 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 연소 및 에너지 변환 공학을 중심으로, 바이오매스, 폐플라스틱, 산업 부산물 등 다양한 자원을 활용한 청정에너지 생산과 온실가스 저감 기술 개발에 앞장서고 있습니다. 특히, 유동층 반응기와 같은 첨단 공정 장치의 설계 및 운전 최적화를 통해 에너지 효율을 극대화하고, 환경오염을 최소화하는 기술을 지속적으로 개발하고 있습니다.
유동층 반응기 및 다상 유동 공정 연구는 본 연구실의 핵심 역량 중 하나로, 실험적 접근과 더불어 CPFD, CFD 등 첨단 수치해석 기법을 적극적으로 활용하여 복잡한 유동 및 반응 메커니즘을 규명하고 있습니다. 이를 통해 다양한 입자 시스템의 유동 특성, 열 및 물질 전달, 혼합 및 분리 현상 등을 정량적으로 분석하고, 대규모 산업용 반응기 설계 및 신재생에너지 생산, 자원 재활용 등 실용적 응용에 기여하고 있습니다.
촉매 및 탄소소재 분야에서는 유동층 반응기를 이용한 대량 탄소나노튜브 합성, 금속-탄소 복합체 개발, 촉매의 구조적 안정성 및 활성 향상 등 첨단 소재 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 또한, 합성가스(Syngas)로부터의 고부가가치 화합물 생산, 폐자원의 화학적 재활용, 이산화탄소 전환 촉매 등 환경친화적 소재 및 공정 개발에도 많은 노력을 기울이고 있습니다.
이동현 연구실은 국내외 산학연 협력 프로젝트, 정부 및 산업체 지원 연구과제, 특허 및 기술이전 등 다양한 실적을 바탕으로, 실용화 및 상용화 연구에도 적극적으로 참여하고 있습니다. 이를 통해 연구 결과가 실제 산업 현장에 적용될 수 있도록 기술적·경제적 타당성, 환경적 지속가능성 평가 등 다각적인 연구를 수행하고 있습니다.
앞으로도 본 연구실은 에너지·환경 문제 해결과 첨단 소재 개발을 위한 융합적 연구를 지속적으로 추진할 계획입니다. 이를 통해 지속가능한 미래 에너지 산업과 친환경 사회 구현에 기여하고, 차세대 화학공정 및 소재 분야의 글로벌 리더로 성장해 나갈 것입니다.
연소 및 에너지 변환 공학은 화학공정에서 연료의 연소와 에너지의 효율적 변환을 연구하는 분야입니다. 본 연구실에서는 다양한 연료(바이오매스, 폐플라스틱, 산업 부산물 등)의 연소 및 가스화 공정을 통해 청정에너지 생산과 온실가스 저감 기술을 개발하고 있습니다. 특히, 유동층 반응기와 같은 첨단 반응기 설계를 통해 연소 효율을 극대화하고, 배출가스 내 유해물질 저감 및 에너지 회수율 향상에 중점을 두고 있습니다.
최근에는 철강 부산물 가스를 활용한 그린 에탄올 생산, 폐마스크 및 폐플라스틱의 가스화, 합성가스(Syngas)로부터의 고부가가치 화합물 생산 등 다양한 에너지 변환 공정의 기술적·경제적 타당성 및 환경적 지속가능성 평가 연구를 수행하고 있습니다. 이를 위해 열역학, 반응공학, 촉매공학, 유동역학 등 다양한 이론과 실험적 방법론을 융합하여, 실제 산업 현장에 적용 가능한 솔루션을 제시하고 있습니다.
이러한 연구는 에너지 자원의 다변화와 탄소중립 사회 실현을 위한 핵심 기반 기술로, 미래 에너지 산업의 지속가능성과 친환경성 확보에 크게 기여하고 있습니다. 또한, 국내외 다양한 산학연 협력 프로젝트를 통해 실용화 및 상용화 연구도 활발히 진행 중입니다.
유동층 반응기 및 다상 유동 공정
유동층 반응기는 고체, 액체, 기체 등 여러 상(phase)이 혼합되어 반응이 일어나는 대표적인 다상 유동 공정 장치입니다. 본 연구실은 유동층 반응기의 유동 특성, 열 및 물질 전달, 입자 혼합 및 분리, 층전이 현상 등 다양한 현상을 실험적·수치적으로 분석하고, 이를 기반으로 최적화된 반응기 설계 및 운전 조건을 제시하고 있습니다.
특히, CPFD(Computational Particle Fluid Dynamics) 시뮬레이션, CFD(Computational Fluid Dynamics) 해석 등 첨단 수치해석 기법을 적극적으로 활용하여, 복잡한 유동 및 반응 메커니즘을 정량적으로 규명하고 있습니다. 이를 통해 바이오매스, 폐플라스틱, 철광석, 탄소나노튜브 등 다양한 입자 시스템의 유동 및 반응 특성을 체계적으로 연구하고, 실험 결과와 시뮬레이션 결과를 상호 검증함으로써 신뢰성 높은 설계 데이터를 확보하고 있습니다.
이러한 연구는 대규모 산업용 반응기 설계, 신재생에너지 생산, 자원 재활용, 고부가가치 소재 합성 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다. 또한, 유동층 반응기 내에서의 입자 추적, 혼합, 분리, 열전달 등 미시적 현상부터 공정 전체의 거시적 최적화까지 폭넓은 연구를 수행함으로써, 화학공정의 효율성과 경제성, 친환경성 향상에 기여하고 있습니다.
촉매 및 탄소소재 합성·응용
본 연구실은 다양한 촉매 및 탄소소재(탄소나노튜브, 그래핀 등)의 합성과 이들의 화학공정 내 응용에 관한 연구도 활발히 수행하고 있습니다. 특히, 유동층 반응기를 이용한 대량 탄소나노튜브 합성, 촉매의 구조적 안정성 및 활성 향상, 금속-탄소 복합체 개발 등 첨단 소재 연구에 집중하고 있습니다.
촉매 분야에서는 합성가스(Syngas)로부터 에탄올, 디메틸에테르(DME), 메틸아세테이트(MA) 등 고부가가치 화합물의 선택적 합성을 위한 촉매 개발과 반응기 적용 연구가 이루어지고 있습니다. 또한, 폐자원(폐PVC, 폐플라스틱 등)의 화학적 재활용을 위한 촉매 및 공정 개발, 이산화탄소 전환 촉매 등 환경친화적 소재 연구도 병행하고 있습니다.
탄소소재 연구에서는 자기장, 분산제, 입도제어 등 다양한 물리·화학적 방법을 활용한 탄소나노튜브의 분산 및 정제, 금속-탄소 복합체의 제조 및 응용, 전기화학적 특성 평가 등 다각적인 연구가 진행되고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 저장, 환경 정화, 전자재료, 자동차 경량화 등 다양한 산업 분야에 적용될 수 있는 원천기술로, 국내외 특허 및 기술이전 실적도 다수 보유하고 있습니다.
Alternative thermochemical routes for green ethanol production from steel residue gas: Technical feasibility, economic viability and environmental sustainability assessment
김지용, 박민성, 배종욱, 유찬희, 이동현
ENERGY, 202505
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Three-Dimensional CFD Simulation of Co-gasification of Biomass and Plastic Wastes (SRF) in a Bubbling Fluidized Bed with Detailed Kinetic Chemical Model
