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H2 유체에서 선택적으로 CO를 제거하는 최근공정

전문가 제언: ○ 저온 운전의 수송용으로 적용되는 PEMFC는 순수 수소를 연료로 사용한다. 순수 수소의 생산은 탄화수소의 개질과 수성가스반응을 통하여 얻는데, 이것이 현재로는 가장 저렴한 방법이다. 이때 불가피하게 혼입되는 CO는 연료전지의 MEA(membrane electrode assembly) 시스템을 망가뜨리기 때문에 Pt 양극은 10ppm 미만, CO 내성 합금양극은 100ppm 이하까지 제거해야 한다.

○ CO의 말단 제거는 선택 산화이며, 이에 대한 촉매나 운전조건은 수소산화의 최소화와 온도 조정이 필수이다. 여러 촉매 중에서 Au 주성분 촉매에 대하여 H2 존재유무에 따른 CO 산화에 대한 문헌이 많은데, 이는 제조조건에 따라 활성이 민감한 것으로 알려져 있다. Au의 입자, 담지체의 성질, Au와 담지체 계면의 성질 등이다. 저온 Au촉매는 습기에 안정하고 재현성이 있으며 담지체와 반응이 없다고 보고 되어있다.

○ 배출 저감을 위한 연료전지에의 수소 연료의 도입은 수소의 분배와 저장이 어려워 서비스 상태나 탑재에서의 수소생산을 선호하는데, 전자는 천연가스를, 후자는 액체연료를 선호한다. 가스의 개질이나 부분산화로 나온 최종가스 중의 CO는 고온 및 저온 WGS(수성가스 전환기)를 거치면서 10-50ppm으로 감소된다.

○ 고온 WGS는 Fe-Cr산화물 촉매로 CO를 3-4%, 저온 WGS는 Cu-ceria를 적용하는데, Cu 주성분 촉매는 공기 노출 시 자연발화의 위험이 있어서 탑재에는 적합하지 않다. Au 주성분 촉매는 정치용과 모바일용으로 유용한데 "ionic" Au가 활성 사이트로서 기능하다. 계속해서 피독과 소성에 대한 저항성이 요구된다.

○ Ceria로 지지하는 귀금속은 고가이지만 선택산화에는 우수한데, 대체소재의 개발이 진행되고 있으며, 저온 WGS는 200℃ 이하의 운전이 어렵고, 6%CO가 나와 메탄화나 선택 산화가 필요하다. Ceria 지지 귀금속은 고가이나 CO 선택 산화에 좋은데, 온도 조정과 2차 반응기의 내부 냉각이 필요하다. 온도 조정이 용이한 것과 일체형 반응기의 장점이 부각되고 있다.

저자: Eun Duck Park et. al.
자료유형: 학술정보