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바이오매스 가스화에서 타르 및 암모니아의 고온가스 제거 촉매

전문가 제언: ○ 바이오매스 가스화 공정에서는 공기, 산소 및/또는 수증기의 산화성 분위기에서 바이오매스가 부분적으로 산화되어 CO2, H2, CO, CH4, (C2+C3) 등이 포함된 저급 내지 중급-열량을 가진 제품(합성가스)을 생성한다. 이들 합성가스는 열 생성 또는 전기 발전, 액체 연료와 메탄올의 합성 등에 이용된다. 이 공정에서는 합성가스 이외에 타르, NH3, H2S, HCl, SO2 등의 일부 오염물이 생성되며, 이들 오염물은 합성가스 이용과정의 효율 향상을 위해 제거되어야 한다.

○ 생성가스 중의 타르, 암모니아, 기타 오염물(HCl, H2S 등)은 습식 세정기술로 정제할 수 있으나 가열상태에서 오염물 제거에 보통 촉매를 사용하는 고열가스 정제기술을 사용하면 습식 세정기술과 비교하여 에너지 효율 면에서 더욱 유리한데, 이는 합성가스 이용을 위해 생성가스를 냉각하였다가 다시 가열할 필요가 없기 때문이다.

○ 바이오매스 유래 타르는 응축성의 넓은 범위의 탄화수소와 산소를 포함하는 화합물로 구성되며, 주로 방향족 및 복합 폴리 방향족 탄화수소들이다. 바이오매스의 가스화에서 생성되는 타르 분해 촉매로는 알칼리 금속 촉매가 있으나 탄소 전환 활성이 낮고 회수가 어렵다는 문제가 있어 돌로마이트, 칼슘-마그네슘 탄산염, 니켈 주성분 촉매 등의 재료가 가스화 생성물 중의 타르를 최소화하는 촉매로서 널리 사용되고 있다.

○ 암모니아 분해에 요구되는 활성 에너지는 높으므로 분해온도를 낮추고 비교적 낮은 온도에서 생성가스 중의 암모니아를 제거하기 위해서는 촉매가 필요하다. 타르 분해에 사용된 촉매 대부분이 합성가스 중의 암모니아를 N2와 H2로 분해하는 데 사용되고 있으며, Ni, Ru, Fe 금속 촉매의 암모니아 분해에 대해서도 연구가 많이 진행되고 있다.

○ 바이오매스를 원료로 하는 대체 연료와 열/전기 발생에 대하여 관심이 증대되고 있으나 바이오매스 가스화 공정에서 고열가스 정제 촉매와 프로세스는 아직 충분한 성능 확보가 어려워 실제 적용에는 한계가 있어 정제기술의 현장 적용을 위한 계속적인 연구와 검토가 요망된다.

저자: Chunbao (Charles) Xu, et al
자료유형: 학술정보