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화학공학과 김진국
본 연구실은 화학공학 분야에서 공정시스템공학, 에너지 시스템 최적화, 이산화탄소 포집 및 저감 기술, 그리고 산업 에너지 시스템의 전력화와 재생에너지 통합 등 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 공정시스템공학을 기반으로 한 연구는 에너지 효율화, 경제성 향상, 그리고 환경적 지속가능성 확보를 목표로 하며, 첨단 시뮬레이션 및 최적화 기법을 활용하여 실제 산업 현장에 적용 가능한 솔루션을 개발하고 있습니다.
특히, 이산화탄소 포집 및 저감 기술 분야에서는 분리막, 아민 흡수, 저온 증류, 하이브리드 공정 등 다양한 CO2 분리 및 포집 기술을 연구하고 있습니다. 실험적 데이터와 시뮬레이션을 결합하여 다양한 산업 배출원에서의 CO2 포집 공정의 성능과 경제성을 평가하며, 에너지 소비 저감과 비용 절감을 위한 최적화 전략을 제시하고 있습니다. 특허 출원 및 등록을 통해 독창적인 공정 기술의 산업적 활용 가능성도 확보하고 있습니다.
또한, 산업 에너지 시스템의 전력화와 재생에너지 통합 연구를 통해, 에너지 다소비 산업의 에너지 소비 구조를 전기 중심으로 전환하고, 온실가스 배출을 저감하는 혁신적인 시스템 설계 및 운영 전략을 개발하고 있습니다. 마이크로그리드, 에너지 저장, 분산형 에너지 관리 등 다양한 주제를 다루며, 실제 산업 현장에 적용 가능한 실증 연구도 활발히 진행 중입니다.
이외에도 바이오매스 기반 수소 생산, 블루수소 제조, 친환경 연료 생산 등 미래 에너지 시스템과 연계된 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 연구는 탄소중립 사회 실현, 에너지 전환, 그리고 지속가능한 산업 발전에 크게 기여하고 있습니다.
앞으로도 본 연구실은 공정시스템공학의 이론적 발전과 더불어, 산업 현장에 적용 가능한 실질적인 솔루션 개발을 목표로 지속적인 연구를 이어갈 예정입니다. 이를 통해 에너지 효율화, 온실가스 감축, 경제적·환경적 지속가능성 확보 등 사회적 요구에 부응하는 연구성과를 창출할 것입니다.
Membrane Separation
Renewable Energy Integration
CO2 Capture
공정시스템공학: 에너지 효율화 및 최적화
공정시스템공학은 화학공정, 에너지 시스템, 바이오 및 환경공정 등 다양한 산업 분야에서 공정의 설계, 최적화, 통합을 통해 에너지 효율을 극대화하고 경제성을 향상시키는 학문입니다. 본 연구실은 공정의 전반적인 시스템 분석과 설계, 그리고 최적화 기법을 활용하여 산업 현장에서 발생하는 다양한 문제를 해결하고 있습니다. 특히, 공정 내 에너지 흐름을 체계적으로 분석하고, 열 통합 및 에너지 회수 기술을 적용하여 에너지 소비를 최소화하는 전략을 개발하고 있습니다.
최근에는 재생에너지 및 수소 기반의 마이크로그리드, 전력화 기반 화학공정, 그리고 블루수소 제조 등 미래 에너지 전환을 위한 첨단 공정 시스템 연구에 집중하고 있습니다. 이를 위해 공정 시뮬레이션, 수치해석, 최적화 알고리즘(예: 유전 알고리즘, 심층 강화학습 등)과 같은 첨단 컴퓨터 기반 도구를 적극적으로 활용하고 있습니다. 또한, 다양한 산업 현장(정유, 석유화학, 철강, 시멘트, 바이오 등)에서의 실제 적용 사례를 통해 연구 결과의 실용성을 검증하고 있습니다.
이러한 연구는 에너지 다소비 산업의 효율 향상, 온실가스 감축, 그리고 경제적·환경적 지속가능성 확보에 크게 기여하고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 공정시스템공학의 이론적 발전과 더불어, 산업 현장에 적용 가능한 실질적인 솔루션 개발을 목표로 지속적인 연구를 이어갈 예정입니다.
이산화탄소 포집 및 저감 기술: 분리막, 흡수, 하이브리드 공정
이산화탄소 포집 및 저감 기술은 기후변화 대응과 탄소중립 실현을 위한 핵심 연구 분야입니다. 본 연구실은 분리막 기반 CO2 포집, 아민 흡수제 기반 습식 포집, 저온 증류, 그리고 이들의 하이브리드 공정 등 다양한 CO2 분리 및 포집 기술을 개발하고 있습니다. 특히, 분리막-흡수 하이브리드 시스템, 다단 흡수탑 및 재사용 흡수제 공정 등 혁신적인 공정 설계와 최적화에 중점을 두고 있습니다.
연구실에서는 실험적 데이터와 시뮬레이션을 결합하여 다양한 산업 배출원(석탄/천연가스 발전소, 정유, 철강, 시멘트, 바이오매스 등)에서의 CO2 포집 공정의 성능과 경제성을 평가합니다. 또한, CO2 포집 공정의 에너지 소비 저감, 설비 투자비 절감, 그리고 운전비용 최소화를 위한 최적화 전략을 제시하고, 실제 산업 현장에 적용 가능한 설계 가이드라인을 도출하고 있습니다. 특허 출원 및 등록을 통해 독창적인 공정 기술의 산업적 활용 가능성도 확보하고 있습니다.
이러한 연구는 블루수소, 친환경 연료, 바이오매스 기반 수소 생산 등 미래 에너지 시스템과 연계된 탈탄소화 기술의 실현에 필수적입니다. 앞으로도 본 연구실은 CO2 포집 및 저감 기술의 고도화, 경제성 평가, 그리고 실증 연구를 통해 탄소중립 사회 구현에 기여할 것입니다.
산업 에너지 시스템의 전력화 및 재생에너지 통합
산업 에너지 시스템의 전력화와 재생에너지 통합은 미래 에너지 전환의 핵심 과제입니다. 본 연구실은 화학공정, 정유, 철강 등 에너지 다소비 산업에서 재생에너지(태양광, 풍력 등)와 수소 기반 에너지원을 효과적으로 통합하는 시스템 설계 및 최적화 연구를 수행하고 있습니다. 이를 통해 산업 현장의 에너지 소비 구조를 전기 중심으로 전환하고, 온실가스 배출을 획기적으로 저감하는 방안을 모색합니다.
연구실에서는 전력화 기반 유틸리티 시스템, 마이크로그리드 설계, 에너지 저장 및 분산형 에너지 관리 등 다양한 주제를 다루고 있습니다. 또한, 전력화에 따른 에너지 공급의 변동성, 경제성, 신뢰성 문제를 해결하기 위해 수치해석, 시뮬레이션, 최적화 기법을 활용하여 실질적인 운영 전략을 제시합니다. 실제 산업 현장에 적용 가능한 사례 연구와 실증 프로젝트를 통해 연구 결과의 실용성을 높이고 있습니다.
이러한 연구는 산업 부문의 탈탄소화, 에너지 비용 절감, 그리고 재생에너지 확대에 기여하며, 미래형 친환경 산업단지 및 스마트 팩토리 구현의 기반이 됩니다. 앞으로도 본 연구실은 산업 에너지 시스템의 혁신적 전환을 위한 연구를 지속적으로 추진할 계획입니다.
1
Process design and integration for the electrification of a SMR-based hydrogen plant with absorption-based CO2 capture
김진국
APPLIED THERMAL ENGINEERING, 202412
2
Energy-efficient process design and optimization of the absorption-based CO2 capture process with a low-pressure flash column for the SMR-based hydrogen production plant
김진국
ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT, 202412
3
Process design and optimization of membrane-based CO2 capture process with experimental performance data for a steam methane reforming hydrogen plant and a coal-fired power plant
김진국
JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION, 202410
1
블루 수소 제조를 위한 분리막 기반 컴팩트 이산화탄소 포집 시스템 실증 기술개발
2
공정산업의 탈탄소화 마이크로그리드 설계 및 운전 최적화
3
재생에너지 기반 화학산업 전력화를 통한 e-리파이너리 공정 시스템 최적화 연구
