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다공질 세라믹막에 의한 수소분리 및 촉매 막형 반응기에 대한 응용

전문가 제언: ○ 수소연료전지 자동차의 시판개시가 보도되는 등 수소사회의 실현이 가까워지고 있는 현황에서 각종 에너지자원으로부터 청정에너지인 수소를 분리, 제조하고 수소화물로 저장, 운반한 후 탈수소반응으로 수소를 빼내는 기술은 지속가능한 에너지사회를 구축하는데 매우 중요하다.

○ 본고에서 취급된 수소분리용 실리카 막은 실리카 망목이 만드는 세공제어 및 내수성이 중요하다. 고온 수증기 중에서는 무정형 실리카의 소결이 촉진되어 막 투과성이 비가역적으로 크게 낮아져 실리카에 Ni, Co를 도핑하면 반응 중 생성된 silanol기의 치밀 화를 방해하게 되어 내수증기 성을 향상시킬 수 있다. HMDS를 실리카 전구체로 Ar-CVD한 후 O2-CVD를 하는 2단계 CVD를 하여 제막을 하면 졸-젤법에 의한 실리카 막보다 H2/N2투과율비가 103.3배로 증가하였다.

○ 분리 막과 촉매반응을 조합한 막형 반응기에서 BTESE-Pt 촉매 막을 MCH탈수소반응에 적용한 결과 분리된 H2를 수시로 뽑아내면 막 투과 측 H2순도가 99%이상이 되었다. 수소분리 막을 제조하기위한 전구체에 따라 세공경이 다른 막이 제조되며 대상이 되는 에너지자원이 액체, 기체 및 반응 부산물의 종류에 따라 적합한 분리 막을 제조하여야 하며 전자 전도성을 보완하기 위해 금속 촉매를 막 중에 도핑하기도 한다.

○ 국내에서는 2000년대 중반에서 2010년경까지 한국세라믹기술원, 한양대, 인하대 등에서 활발히 수소분리 막에 대한 연구가 진행되었다. 즉 ZnO-BaZr0.85Y0.15O3에 Pd촉매 층을 증착한 복합전도성 분리 막, 상온 제조법인 에어로졸 증착법으로 Ba(Ce0.9Y0.1))3-δ-Ni 수소분리 박막을 다공질 ZrO2기판 상에서 제조하였으나 앞선 연구가 진행되지 않고 있다.

○ 청정에너지인 수소는 가스나 액체로 운반하기 쉬우며 전기를 얻는데 효율이 좋은 에너지저장 매체로서 주목을 받고 있다. 2014년 Frost & Sullivan보고서에 따르면 2022년 수소연료전지 자동차가 전 세계 자동차시장의 2%인 25만대가 될 것이라는 전망이므로 환경보호를 위해서도 수소분리 막의 개발에 대한 앞선 연구가 활발히 진행되어야겠다.

저자: Toshinori Tsuru
자료유형: 학술정보