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원자력 열 이용-화석연료의 스팀개질에 의한 수소생산

전문가 제언: ○ 천연가스, 석유 및 석탄에 대하여 원자력 열을 이용하여 가열함으로써 이들로부터 수소를 생산하는 스팀개질반응(SMR, Steam Methane Reforming)을 시너지효과를 주면서 효과적으로 시행할 수 있는 공정을 기술하고 있다.

○ 여기의 스팀 리포밍공정에 사용되는 멤브레인 리포머(MR)는 Pd 합금모듈에 Ni 촉매를 도입하는데, closed loop에서 반응생성물을 순환시키면서 순수소를 계속하여 뽑아낸다. 그럼으로써 CO2의 배출저감과 고순도의 수소를 생산하면서, 재래식공정의 쉬프트컨버터와 PSA 공정을 생략한다.

○ 천연가스 스팀 개질은 수소생산에서 가장 염가의 방법으로서 단기적인 수소생산방법으로 채택되고 있다. 세계 총 수소 생산의 거의 절반을 이 방법으로 하고 있는데, 스팀을 700~1,100°C 온도, 메탄과 혼합하여 촉매 반응기에서 압력 3~25bar로 반응한다. 30% 이상 천연가스가 필요하지만, 생산성을 증가시키기 위해서 계속 새로운 방법을 개발하고 있다. 연간 수소생산 100,000톤 규모의 큰 스팀 개질기 하나로 약 100만대의 연료전지 자동차에 공급할 수 있다.

○ 스팀개질반응은 재래부터 사용되어온 방법으로 현재의 생산방법 중에서 저렴한 방법이기는 하나 개질과 쉬프트반응이 보여주듯이 발열과 흡열반응이 공존함으로써 열 밸런스의 관리가 하나의 장애로 대두되며, 또한 효율 높은 촉매의 개발문제와 부생하는 불순가스의 효과적인 정제분리도 고려되고 있는 부문이다.

○ 이러한 문제점에 대한 기술적 해결방안으로 강구되고 있는 많은 연구 중에서 시너지효과를 주는 원자력열의 이용과 멤브레인 리포머의 채택은 기타 부가적인 공정을 제외하면서 보다 컴팩트하고, 효율적인 성능의 제고는 고려할 만한 부분으로 생각된다. 이런 와중에서 멤브레인과 촉매의 성능과 수명이 관건인 것으로 생각된다.

저자: MASAO HORI 1, KAZUAKI MATSUI 2, MASANORI TASHIMO 3
자료유형: 학술정보