| 초록 |
현대 문명은 막대한 에너지를 소비함으로써 유지되고 있다. 에너지와 환경문제는 이제 불가분의 관계로 분리하여 생각할 수 없는 과제이다. 에너지를 얻기 위해서 화석연료를 사용하게 되는데 부산물로 환경 오염물질이 배출된다. 이들 물질은 지구온난화 및 토양의 산성화 등에 심각한 영향을 미치고 있으며 규제 대상이 되고 있는 실정이다. 이를 해결하기 위해서 연구자들은 환경오염을 줄이고 보다 높은 효율의 에너지를 얻기 위한 수많은 노력을 기울여 왔다. 그 결과 여러 가지의 대안 기술들이 도출되었으며 그 중 한가지 기술이 세라믹 산소분리막이다. 산소의 선택적 투과막 중 세라믹 막은 고온에서 견딜 수 있기 때문에, 천연가스의 부분산화로 합성가스를 만드는데 이용할 수 있으며, 이에 대한 시도는 미국을 중심으로 활발하게 진행되고 있다.부분산화반응에는 고순도 산소를 필요하게 되는데, 세라믹 분리막을 이용하여 공기중에서 산소만을 선택적으로 분리하게 되면 별도의 고순도 산소제조공정이 필요 없게 된다. 따라서 기존의 Steam reforming과 달리 산소 생산공정과 반응공정을 일원화시킬 수 있으므로 전체공정을 약 1/3정도 줄일 수 있을 것으로 예상하고 있으며[1], 생성되는 합성가스는 에틸렌, 에탄올 등의 고부가가치의 액상연료를 위한 기초물질로 사용할 수 있고, 수소만을 별도로 정제하여 수소생산 목적으로 사용할 수도 있다.치밀한 구조를 갖고 있는 세라믹 소재의 분리막은 산소를 선택적으로 투과시킴으로 기체분리, 고체산화물 연료전지, 순산소 부하연소, 메탄의 부분산화공정을 위한 반응기 등에 응용될 수 있다. 산소투과 분리막은 양단의 산소분압 차이가 투과 구동력이 되는데 표면에서 산소분자와 이온간의 교환 반응 속도와 분리막 내부에서의 산소이온 확산 속도에 의해 결정되며 이를 충족시키기 위해서는 산소이온의 전도도가 커야하고 표면 교환반응 또한 원활하게 일어나야 한다. 분리막 내부에서 전하중성(charge neutrality)에 의해 전자가 공기쪽으로 되돌아와서 산소를 이온화시키기 때문에 외부회로 없이 유지된다. 따라서 세라믹 분리막은 전자전도도 우수해야한다. 이러한 특성을 만족시키는 재료가 근래에 페롭스카이트계 산화물로 알려지고 있으며 널리 연구되고 있다.본 연구에서는 페롭스카이트계에서 우수한 것으로 알려져 있는 LaSrCoFeO3(이하 LSCF), 내부에서의 산소이온전도도가 우수한 것으로 알려져있으나 표면에서의 산소분자와 이온 교환이 활발하지 못한 LaSrGaFeO3(이하 LSGF) 화학조성을 갖는 각각의 세라믹 분리막과 표면에서의 산소분자와 이온교환이 활발한 것으로 알려진 LaSrCoO3(이하LSC)를 LSGF에 코팅한 분리막의 산소투과 특성에 관하여 고찰하였다. |
