[논문]천연가스의 수증기 개질에 의한 수소 제조 기술 특허동향

서동주; 윤왕래; 강경석; 김종욱

천연가스의 수증기 개질에 의한 수소 제조 기술 특허동향
Patent Trend for Hydrogen Production Technology by Steam Reforming of Natural Gas 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.18 no.4, 2007년, pp.464 - 480

서동주 (한국에너지기술연구원) , 윤왕래 (한국에너지기술연구원) , 강경석 (시온텍 기술연구소) , 김종욱 (한국에너지기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

There are several methods for the hydrogen production such as steam reforming of natural gas, photochemical method, biological method, electrolysis and thermochemical method, etc. These days it has been widely studied for the hydrogen production method having low hydrogen production cost and high efficiency. In this paper, patents in the hydrogen production by steam reforming of natural gas were gathered and analyzed. The search range was limited in the open patents of USA(US), European Union(EP), Japan(JP), and Korea(KR) from 1996 to 2006. Patents were gathered by using key-words searching and extracted by filtering criteria. The trends of the patents was analyzed by the years, countries, companies, and technologies.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 오늘날 수소제조의 중심이 되는 천연가스를 이용한 수소제조 기술에 대해 특허를 분석함으로써 기술동향을 파악하고자 하였다.
특허 분석에 의한 기술동향 파악은 기존에 수행되었던 관련기술의 연구내용뿐만 아니라, 향후 연구의 방향을 설정하는데 중요한 자료로 활용되고 있으며, 연구내용이 중복되는 것을 사전에 막아주는 역할을 한다. 이에 본 연구에서는 오늘날 수소제조의 중심이 되는 천연가스를 이용한 수소제조기술과 관련하여, 1996년 ^~ 2006년의 미국, 일본, 유럽 그리고 한국의 특허정보를 분석하였으며 이를 통하여 연도별, 국가별 기술동향을 파악하고자 하였다.

제안 방법

개질 기술의 분류 방법은 촉매기술과 공정기술로 중분류 하였다. 소분류는 촉매 기술의 경우 활성 성분의 종류에 따라 귀금속 계열 촉매 및 전이금속 계열 촉매로 분류하였고 공정기술은 생산 규모별로 분류하였다.
수증기 개질 관련 키워드의 조합식을 사용하여 수집된 원 데이터(raw data)는 IPC(국제특허 분류), 천연가스의 수증기 개질 수소제조 기술의 정의 등의 기준에 의해 분석 대상 특허로 561건을 추출하였다. 분석 대상 특허는 기술 분류 출원인, 출원인 국적, 핵심특허 분류 등의 사전작업을 진행하였고 이러한 작업에 의해 DB구축을 완료하였다.

대상 데이터

특허출원 동향 분석을 위하여 관련된 모든 특허를 검색하여야 하지만, 특허 수집에 한계가 있으므로 자료 조사에 있어서 자료의 검색 범위를 설정할 필요가 있다. 본 연구에서는 Table 2와 같이 최근 근 10년 간의 특허를 수집하여 사전작업을 걸쳐 최종 분석 데이터를 구축하였다.
수증기 개질 관련 키워드의 조합식을 사용하여 수집된 원 데이터(raw data)는 IPC(국제특허 분류), 천연가스의 수증기 개질 수소제조 기술의 정의 등의 기준에 의해 분석 대상 특허로 561건을 추출하였다. 분석 대상 특허는 기술 분류 출원인, 출원인 국적, 핵심특허 분류 등의 사전작업을 진행하였고 이러한 작업에 의해 DB구축을 완료하였다.

성능/효과

4는 출원인 국적별 특허출원 건수를 나타낸 그래프이다. 561건 중 340건으로 가장 많은 특허를 출원한 일본국적의 출원인은 60.1%의 점유율을 보였고, 그 다음으로 미국국적의 출원인이 142건으로 25.1%의 높은 점유율을 보였다. 그 다음은 독일국적 출원인이 28건으로 4.
WGS는 Xellsis, Osaka Gas, Nissan Motor, Mitsubishi Heavy Ind, Imperial Chemical Industries가 1건씩의 특허를 출원하였고, PROX는 독일의 Sud-Chemie AG와 Fraunhofer-Gesellschaft zur Forderung der angewandten Forschung e.V., Ford Werke AG가 공동으로 1건의 특허를 출원하였다.
7%의 높은 점유율을 보였다. 그 다음으로 미국국적 출원인이 13건을 출원하였으며, 미국특허도 자국출원인이 114건으로 가장 높은 59.1%의 점유율을 보였다. 그 다음으로 일본국적 출원인이 22.
5는 각 기술별 특허동향을 나타낸 그래프이다. 소형 개질공정이 73.8%의 높은 점유율로 특허 대부분을 차지하였고, 중대형 개질공정이 16.9%, 전이금속계열 촉매기술이 5.3%, 귀금속계열 촉매기술이 3.9%의 점유율을 보였다.
5%의 점유율로 그 다음을 이었다. 일본과 미국특허는 대부분의 특허가 자국인에 의해 출원되었고, 한국과 유럽연합 특허는 외국인에 의한 특허출원이 68.8%와 72.5%로 상대적으로 자국인에 의한 특허출원이 적음을 알 수 있었다.

후속연구

반면 국내에서는 천연가스나 메탄올을 원료로 사용하는 소형 개질기를 개발하여 연료전지실험 및 소규모 수소 생산 용도로 제작, 사용하였으나 대부분의 화학원료로서의 수소생산은 나프타를 열분해하여 생산하였다. 우리나라는 전국 천연가스 공급배관망의 인프라 구축이 잘 이루어져있고, 천연가스 대량 소비국이며 앞으로 공급은 더욱 증대 될 것이다 천연가스에서 수소의 생산은 수소에너지경제로 가는 전환기로서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
소형 개질 공정 부분은 기존 중대형 개질 공정의 시스템을 사용 규모와 목적에 따라 특화하여 연료전지와 연계할 수 있도록 하는 내용을 다루고 있으며 적용할 연료전지 시스템의 특성에 적합해야 한다. 이러한 연료전지 시스템은 상용화 직전 단계 혹은 실증 단계에 이르고 있으므로 소형 개질 공정 부분의 특허는 향후 연료전지 시스템이 상용화 될 경우 중요한 지적 재산권으로 행사 할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소형 개질 공정 부분의 대부분 기술이 2001년~2003년에 특허출원이 가장 활발한 이유는?	또, 대부분의 기술들은 2001년～2003년에 특허출원이 가장 활발함을 보이고 있다. 이는 연료전지에 필요한 수소 공급 장치로서 소형 개질 공정이 정지형 연료전지 연계용, 자동차 탑재용, 정지형 현장 생산용으로 개발되고 있기 때문이다. 소형 개질 공정 부분은 기존 중대형 개질 공정의 시스템을 사용 규모와 목적에 따라 특화하여 연료전지와 연계할 수 있도록 하는 내용을 다루고 있으며 적용할 연료전지 시스템의 특성에 적합해야 한다.
	개질이란?	개질(reforming)이란 촉매 반응을 이용하여 탄화수소 연료를 수소를 포함하는 가스로 전환하는 과정을 의미하여 이때 생산된 수소 함유 가스를 합성 가스 또는 개질 가스라 부른다. 천연가스 수증기 개질 반응(SMR) 의 주요 반응식은 아래와 같다.
	오늘날 대부분의 수소는 어떤 장치에 의해 생산되는가?	천연가스 수증기 개질은 수소경제로 넘어가는 초기단계의 수소생산에서 중요한 방안이다 오늘날 대부분의 수소는 원유 정제설비에 있는 천연가스의 수증기개질 장치에 의해 생산되고 있다.

참고문헌 (4)

J. R. Rostrup-Nielsen, 'Catalysis Science and Technology', in J. R. Anderson and M. Boudart (Eds.), Springer-Verlag Berlin, German Democratic Republic, Vol. 5, 1984
Yu Taek Seo, Dong Joo Seo, Jin Hyeok Jeong and Wang Lai Yoon, 'Design of an integrated fuel processor for residential PEMFCs applications', J. of Power Sources, Vol. 160, No. 1, 2006, pp. 505-509

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Yu Taek Seo, Dong Joo Seo, Jin Hyeok Jeong and Wang Lai Yoon, 'Development of compact fuel processor for 2 kW class residential PEMFCs', J. of Powr Sources, Vol. 163, No. 1, 2006, pp. 119-124

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서동주, 서유택, 서용석, 노현석, 윤왕래, '천연가스 수증기 개질형 중소규모 수소제조기술', 공업화학 전망, Vol. 9, No. 4, 2006, pp. 23-28

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