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에탄올 개질에 의한 수소 생산: 촉매와 반응기구

전문가 제언: ○ 에탄올에서 수소를 생산하는 것은 에너지의 지속적인 발전을 위해 유망한 방법으로 기대되어 지난 10여년간 폭발적으로 연구되어왔다. 지금까지 에탄올개질에 대한 대부분의 연구는 주로 촉매 조성에 초점을 맞추어 왔으나, 활성금속과 지지체가 활성과 촉매의 안전성에 대한 역할에 대한 연구도 꾸준히 진행되고 있다.

○ 수소 생산 수율은 촉매나 지지체의 선택과 상관관계가 있다. 연구된 촉매 중에서 지금까지는 Rh가 C-C 결합을 절단하는 가장 큰 활성을 갖고 있어 Rh를 기반으로 한 촉매가 가장 활성이 높다. 지지체면에서 CeO, La2O3, MgO와 같은 산화물은 이들의 염기성과 산화-환원 용량 특성 때문에 지지체로서 충분한 역할을 하고 있다.

○ 에탄올 개질에 있어서 활성금속과 지지체에 따라 반응 경로는 달라진다. 에탄올의 탈수소반응 또는 탈수반응은 주로 지지체에서 일어나고, 반응 중간체의 확산과 이동은 금속과 지지체의 계면에서 일어나는데, 여기서 금속이 분해반응을 촉진한다. 촉매는 주로 coke형성, 금속의 소결(sintering), 또는 산화, 에탄올에 들어 있는 불순물 등에 의해 활성을 잃게 된다. 따라서 촉매의 활성을 유지하기 위해 많은 연구가 진행되고 있고, 촉매의 안정성을 확보해 가고 있다.

○ 에탄올 개질에 대해서 지금까지는 500~800℃ 높은 온도에서 연구가 이루어졌는데, 에너지 효율면에서 낮은 온도에서도 높은 활성과 선택도를 가진 새로운 촉매나 공정이 개발되기를 기대한다. 우리나라도 이 분야의 기초연구가 여러 연구기관이나 학계에서 이루어지고 있고, 촉매의 개질문제(2007년 청정연료지)를 비롯하여 막분리(2013 청정연료)로 인한 수소제조 연구 결과 등 다양한 수소제조 방법에 대한 연구 결과 등을 찾아볼 수 있다. 우리나라의 새로운 촉매 개발이나 새로운 수소 대량 생산 기술은 상당한 수준에 있다고 보고 있고, 앞으로 국내 기술이 선두가 되기를 기대한다.

저자: Tengfei Hou, Shaoyin Zhang, Yongdong Chen, Dazhi Wang, Weijie Cai
자료유형: 학술정보