| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2020년 가을 (11/18 ~ 11/20, 휘닉스 제주 섭지코지) |
| 권호 | 26권 1호 |
| 발표분야 | C. 에너지 재료 분과 |
| 제목 | 액체 금속 촉매를 이용한 수소 생산 반응기 설계 및 성능 평가 |
| 초록 | 지구 온난화 현상을 일으키는 원인인 이산화탄소는 인류가 기술 발전을 하면서 사용된 화석연료에서 많이 발생하였고, 이러한 원인을 해결하기 위해서 친환경적인 기술이 요구되고 있다. 특히, 수소 에너지는 사용시 이산화탄소 배출이 없는 청정 에너지로 중요성이 점점 높아지고 있다. 메탄을 직접 열분해하는 방식은 대부분의 수소 생산을 담당하는 SMR방식과 달리 수소 생산 시 이산화탄소를 발생시키지 않아 차세대 생산 기술로 연구되고 있다. 니켈(Ni)은 메탄을 분해하는데 주로 사용되는 촉매로 고체 상태일 때는 반응 중에 비활성화가 빠르지만 액체 상태에서 사용하면 촉매 성능을 오랜 시간 유지할 수 있다. 여기에 저융점 금속인 비스무트(Bi)를 섞어 합금으로 만들면 성능 증가와 함께 촉매의 녹는 점을 낮추어 에너지 소모를 줄일 수 있다고 보고되었다. 본 연구에서는 보고된 Ni-Bi 합금 촉매를 이용하여 수직 반응기를 설계하였고, 액체 금속 촉매안에 메탄 가스가 오랫동안 머물게 하기 위하여 세라믹 볼을 첨가하였다. 그 이후에 가스량과 온도 조건에 따라 성능을 평가하여, 세라믹 볼 첨가 여부에 따라 메탄 전환율과 수소 수율을 비교하였다. 메탄 전환율과 수소 수율은 반응 온도가 높을수록, 가스 공급량이 적을수록 높게 나왔다. 실험 시 발생하는 기체를 지속적으로 측정하여 메탄과 수소 이외에 다른 기체는 거의 없는 것을 확인하였고, 이러한 성능은 측정을 진행한 50시간 동안 유지되었다. 수직 반응기에 채워진 촉매의 높이를 이용하여 메탄 가스의 촉매안에서 머무르는 시간을 계산함으로써 메탄 가스의 체류 시간에 따라 수소 수율의 변화를 확인하였고, 이 결과로 서로 다른 실험 셋업에서도 반응 기체의 체류 시간을 계산하여 반응기의 성능을 예측할 수 있음을 보였다. |
| 저자 | 이영재1, 노용규2, Shankara S. Kalanur1, 서형탁1 |
| 소속 | 1아주대, 2서울대 |
| 키워드 | <P>액체 금속 촉매; 메탄 열분해; 수소 생산 반응기</P> |
