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이온액체를 이용한 이산화탄소 분리막 모듈 개발과 수소 제조 이용

전문가 제언: ○ 최근 지구온난화 방지의 관점에서 고효율의 이산화탄소 농축기술이 주목받고 있다. 기존의 화학흡수법이나 물리흡착법 등은 막대한 에너지가 필요하다. 반면에 막분리법에서는 분리 대상 가스 혼합물중의 이산화탄소의 분압이 높으면 분리 농축에 소요되는 에너지를 크게 저감할 수 있어 다양한 이산화탄소 막분리 기술의 개발이 진행되고 있다.

○ 본 연구에서는 정유공장에서의 수소 제조장치가 고압인 것에 착안하여 그 압력 차이를 이용하는 고순도 수소 제조기술을 개발했다. 먼저 나프타로부터의 고순도 수소 제조기술에 있어서는 아민 흡수탑 대신에 이온액체를 이용한 이산화탄소 분리막을 개발했다. PSA(Pressure Swing Adsorption) 대신에는 이산화탄소 분리막에 수소 분리막을 조합한 하이브리드 분리막형 수소 정제장치 개발을 통해 원가 절감과 함께 고순도 수소제조를 가능하게 했다.

○ 따라서 본보고서는 PSA기술의 상용화 초기단계인 우리나라의 향후 관련 분야 연구의 좋은 지침이 될 수 있는 자료이다. 그러나 본 연구는 실험실 규모에서의 단기적인 내용이므로 앞으로 실증화를 향한 한층 발전된 연구가 필요하다. 한편 액막부와 이산화탄소와의 친화성을 높이기 위해서는 이온액체에 융점 150℃ 이상의 염기성 화합물을 첨가하는 방법도 효과적이다. 액막부에 결함이 생기는 것을 막고 가스 투과성을 효과적으로 유지하기 위해서는 이온 액체 또는 그 젤을 포함한 무기다공성 지지체의 두께는 30~150μm이 바람직하다.

○ 우리나라도 2011년부터 5년간 환경부의 친환경자동차 기술개발 사업단의 지원에 의해 HCNG(천연가스?수소 혼합연료) 차량의 도입이 2015년부터 단계적으로 실시될 계획이다. 따라서 적어도 수소사회의 도입기까지는 화석연료 유래의 고순도 수소 생산에 대비하여 수소 농축기술로서 선택적 흡수제 개발 등을 통한 기존 PSA법의 고효율화와 함께 막기술의 우위성을 활용한 다양한 막분리법의 응용 개발에도 많은 관심이 필요하다. 아울러 궁극적으로는 이산화탄소 방출이 없는 신재생에너지 활용에 의한 고순도 수소 제조기술에도 대비해야 할 것이다.

저자: Kaori Takano et al.
자료유형: 학술정보