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팔라듐계 복합막과 막반응기에의 응용

전문가 제언: ○ 고순도 수소의 제조공정에서 발생되는 반응가스들은 고온의 혼합물이므로 수소분리용 박막의 상용화를 위해서는 높은 투과도, 선택도와 함께 기계적 강도 등이 요구된다. 팔라듐막은 수소 투과속도가 가장 우수하나 수소취화 및 피독작용에 대비하여 합금화 등이 추진된다.

○ 특히 수소 분리막을 조합한 촉매 개질 막반응기에서는 촉매반응으로 수소를 생산하고 수소 분리막으로 생성물인 수소를 반응장에서 제거하여 열역학적 평형을 이동시킴으로써 고효율화가 가능하다. 이때 박막에 수소가 투과할 때의 반응혼합물 등의 피독작용이 가장 중요한 금속막의 화학적 안정성에 큰 영향을 미친다.

○ 이 보고서는 수소분리 금속막의 대표인 팔라듐계 막과 막반응기의 연구개발 상황을 내구성 향상 및 연료의 다양화 관점에서 문제점과 대응책을 소개함으로써 수소사회의 조기 실현을 위한 유력한 방안으로서의 가능성을 제시하고 있다.

○ 우리나라의 수소정제용 분리막 개발은 1998년 대성산업가스(위탁연구 한국화학연구소)에서 팔라듐 등의 전해도금에 의한 치밀막 개발을 시작으로 SK에서 팔라듐/구리 분리막 모듈의 개발 등을 시도했다. 그 후, 과기부의 21세기 프런티어사업과 G7과제, 산자부의 수소연료전지사업단과제, 한국세라믹기술원의 고순도 수소 제조용 세라믹 치밀막 제조기술 개발과제 및 다수의 국책연구 등의 일환으로 진행되었으나 수소 순도, 처리용량 및 팔라듐막의 경제성 등에 대한 많은 연구가 필요하다.

○ 금속막을 통한 수소투과는 수율을 좌우하는 한편 흡착, 확산, 탈착의 연속적 과정을 경유하므로 이들 세 과정을 정량적으로 이해하여 율속단계를 우선 파악해야 한다. 또한 실제 재료에 발생할 수 있는 수소취성 및 불순물 혼입 등에 대한 메커니즘의 규명을 통해 효율적인 합금설계를 위한 조절 인자의 파악도 중요하다. 앞으로 수소제조 원료의 다양화를 상정한 개질반응 등을 고려할 때는 특히 피독속도가 빠르며 비가역적 반응을 유발하는 황화수소의 열화작용에 대한 연구도 중요하다.

저자: Shigeyuki Uemiya
자료유형: 학술정보