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연료전지의 수소 중 CO의 최소화

전문가 제언: ○ 연료전지에 공급되는 수소의 최종 CO농도는 10-50ppm수준이다. 이는 고온과 저온 WGS공정을 통과 시킨 후, 잔류 CO를 선택 산화 시키는데, 최종적인 처리는 메탄화 과정에서 말단제거공정을 거치게 한다.

○ 수소생산 공정에서 CO를 줄이기 위한 노력은 여러 가지 형태로 나타나고 있다. 막 반응기를 도입하는 것은 수소를 선택적으로 투과하는 Pd막과 수증기 개질촉매를 조합하고 반응평형을 이용, 저온에서도 높은 전환율을 이용하는 것과, 산소이온투과 세라믹 막을 부분산화반응기의 2차 개질제에 적용하는 것 및 멤브레인 개질기를 채택하는 등의 방법이 연구되고 있는데, 이 논문은 WGS에 적용되는 촉매의 연구동향에 초점이 맞춰져 있다.

○ 여기서 개질공정의 문제점을 보면, 스팀 개질제의 Ni촉매는 S에 피독되기 쉬워 이의 탈황공정이 천연가스보다 높은 압력이 요구되는 점, Ni의 자연발화, 스팀개질공정이 흡열반응으로 열관리가 복잡한점, Cu-Fe촉매는 환원 시 주의가 요구되며, 300℃를 초과하면 공기에 민감해서 화재의 위험이 있는 점 및 에너지효율 관리와 수소 제조가를 낮춰야 하는 등의 과제를 안고 있다.

○ 일반적으로 증기개질에서 생성된 가스 중의 CO 조성은 12%, ATR 반응은 8%이다. Copper/ceria 촉매는 Cu-Zn 촉매보다 열적 안정성이 있으나, 기존 LTS 촉매보다 활성이 낮고 고온에서 반응해야 하므로 아직까지 Cu, Zn, Al계 촉매가 활성도가 높은 것으로 평가된다. 새로운 WGS 촉매로 Mo2C는 기존 LTS 촉매 수준의 활성도를 가졌으나 유황성분에 대해서는 저항성이 크다.

○ 자연발화가 장애요인이기는 하나 아직도 Cu-Zn 촉매가 연료전지용 개질 촉매를 위해서는 가장 안정적인 촉매로 평가된다. 전술한 높은 반응성과 유황에 대한 저항력은, 귀금속 촉매가 많은 장점이 있기는 하나 알칼리금속 촉매에 비하여 고가인 점이 문제이며, 이를 극복하기 위해서는 3~4배의 활성도 증가가 요구된다.

저자: D. L. Trimm
자료유형: 학술정보