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팔라듐계 금속막의 화학적 안정도 및 이의 개선(Chemical stability and its improvement of palladium-based metallic membranes)

전문가 제언: □ 석유정제공정과 메탄올, 암모니아, 올레핀 등의 석유화학제품 생산에서 수소의 수요는 날로 증가하고 있다. 현재 사용되고 있는 수소의 상당 부분은 나프타의 개질 부산물로 생산되고 있으나, 앞으로 석유화학, 정제 분야의 수소 수요를 감당하지 못할 위기에 처해 있다. 향후 석유자원의 고갈 및 중질유의 감소와 연관되어 다가올 환경적인 변화는 수소 수요가 더욱더 요구될 것으로 전망된다. 수소의 수요는 유럽 및 미국에서 매년 10~20%씩 증가할 것으로 예상되었으며, 수소원의 보충이 절실히 필요한 것으로 인식되고 있다.

□ 화학물질 전환기술은 크게 반응기술과 분리ㆍ정제기술로 나눌 수 있으며, 분리ㆍ정제단계에서 많은 에너지가 소요된다. 메탄으로부터 개질 또는 부분산화 공정을 통해 합성가스를 제조할 수 있으며, 이 합성가스로부터 수소를 분리할 수 있다. 또한 합성가스 중 일산화탄소는 수성가스 반응을 통해 수소를 더 제조하여 수소 생산을 극대화할 수 있다. 합성가스와 수성가스 반응 각각에 수소를 투과할 수 있는 막 반응기를 적용하면 반응과 분리가 동시에 일어나서 수소를 효과적으로 분리할 수 있고 에너지를 대폭적으로 절감할 수 있다고 평가되고 있다.

□ 이를 달성하기 위해서는 건전하고, 내독성 및 경제적 수소 막 물질의 개발이 절실히 요구된다. 최근의 연구결과 중 가장 유망한 막 물질은 Pd-Cu로 높은 수소투과도 및 유황화합물에 내독성을 가진 물질로 알려지고 있다. 가장 높은 Pd-Cu 합금막의 수소투과도는 순수 팔라듐 막과 비교 될 만하고(순수 Pd 막은 내독성이 약하고 고가의 Pd을 다량사용하기 때문에 비경제적) 60wt% Pd과 40wt% Cu 조성을 가지고 있다. 이 조성의 막이 특별히 높은 투과도를 보이는 것은 Pd-Cu합금의 체심입방체 결정구조 내에서 수소원자의 높은 이동도에 기인한다. Pd-Cu 합금막의 제조에 더욱 경제적 시도는 다공성 기질에 극도로 얇은 Pd-Cu 막을 제조하는 것으로, 예로 다공성 스테인리스 기질에 무전해(electroless)침적기술로 Pd-Cu합금 얇은 필름을 만드는 것이다. 이의 원천기술을 확보하고 양산화기술 및 기본설계자료 확보에 역점을 두고 개발하면 기술적으로나 경제적으로 경쟁력 있는 국내 플랜트기술의 제고에 기여할 수 있을 것으로 전망된다.

저자: Gao, HY; Lin, YS; Li, YD; Zhang, BQ
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