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이산화탄소 막분리법을 이용한 수소 제조 시스템의 개발

전문가 제언: ○ 일본 FCCJ에 의하면 2015년 연료전지차(FCV)의 일반판매 개시가 예견되고 2025년에는 일본 전역에서 FCV 200만대와 수소스테이션 1000개소의 보급이 예상된다. 최근 IEA는 2050년경에는 전체 승용차의 30%가 수소연료전지차로 보급될 것으로 전망했다.

○ 현재 개발 중인 수소스테이션용 개질시스템에서는 주로 수증기 개질에 의해 탄화수소를 개질한 다음 CO 전환반응을 통해 수소로 변환한다. 그 후 불순물인 CO나 CO2를 흡착 제거하여 고순도 수소를 제조한다. 이들 기술은 기본적으로 화학 플랜트용의 대규모 수소제조 프로세스이며 불순물 흡착을 위해서는 대형의 PSA 장치가 필요하다.

○ 반응 분리 동시 공정은 고효율 개질촉매와 선택투과성 분리막이 동일 장치 내에 설치되어 생성물 성분을 선택적으로 제거함으로써 공정 효율을 향상시킨다. 이 공정은 FCV용의 고순도 수소 제조에 적합하며 그 요소기술인 분리막 기술의 개발을 위해서는 CO2분리 성능의 향상, 프로세스 적합성의 검토 및 분리막의 구조해석 등이 필요하다.

○ 우리나라의 경우 생산되는 고순도 수소는 소수의 석유화학 관련 기업의 오프사이트 방식에 의해 주로 대규모의 수증기 촉매 개질 공정을 거친 것이다. 최근 한국에너지기술연구원은 수소 분리막을 이용한 CH4의 저온개질과 수소정제가 동시에 가능한 다단 모듈을 개발(2008~2011년)했다. 이 시스템은 540℃에서 99.95%의 수소를 510mL/min로 제조하며 생성 수소 회수율은 96%나 된다. 향후 목표는 작동온도 550℃ 이하, 수소 농도 99.99% 이상 및 열효율 72% 이상으로 도전적이다.

○ FCV의 상용화에 따라 수소의 수요는 급증할 것이며 수소연료전지 분야의 인프라 구축은 이제 시작이다. 한편 수소 FCV의 보급을 촉진시키기 위해서는 수소공급 인프라의 구축이 매우 중요하다. 우리나라는 자동차 생산량 세계 5위의 수준에 걸 맞는 수소 관련 인프라의 구축을 위한 연구 개발에도 범정부 차원의 지원과 함께 산학연을 아우르는 긴밀한 협력체계의 구축이 필요하다.

저자: Osamu Okada
자료유형: 학술정보