매체 순환식 수소제조공정에 적합한 Fe2O3/ZrO2 산소전달입자에 구리 산화물 첨가가 미치는 영향에 관한 연구 The Effect of addition of CuO to Fe2O3/ZrO2 Oxygen Carrier for Hydrogen Production by Chemical Looping원문보기
매체 순환식 수소제조공정은 직접 고순도의 수소를 생산하는 동시에 $CO_2$ 포집 비용을 최소화할 수 있는 고효율/친환경적인 공정이다. 본 공정은 레독스 반응을 통하여 산소를 전달하고 이때 철 산화물계 산소전달입자를 이용하게 된다. 구리 산화물이 첨가된 철-구리 산화물계 산소전달입자는 반응성 향상이 보고되어 왔으나 철 산화물과 구리 산화물 간 상호작용에 대한 이해가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 여러 기기 분석법(SEM/EDX, XRD, BET, TPR, XPS, TGA)을 통하여 철-구리 산화물계 산소전달입자의 레독스 반응성 향상을 지배하는 주요인을 연구하였다. 첨가된 구리 산화물은 철 산화물 성장 억제제 역할 뿐만 아니라 화학적 환경 변화를 일으키는 화학적 촉매제(chemical promoter) 역할도 하는 것이 발견되었다. 철-구리 산화물계 산소전달입자의 우수한 환원 반응성은 구리 산화물의 도입으로 $Fe^{2+}$ 농도 증가 및 표면 특성 변화 때문이며, 우수한 물분해 특성은 산화 과정에서 일어나는 철 산화물의 응집을 구리 산화물이 억제시킨 것으로 판단되었다.
매체 순환식 수소제조공정은 직접 고순도의 수소를 생산하는 동시에 $CO_2$ 포집 비용을 최소화할 수 있는 고효율/친환경적인 공정이다. 본 공정은 레독스 반응을 통하여 산소를 전달하고 이때 철 산화물계 산소전달입자를 이용하게 된다. 구리 산화물이 첨가된 철-구리 산화물계 산소전달입자는 반응성 향상이 보고되어 왔으나 철 산화물과 구리 산화물 간 상호작용에 대한 이해가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 여러 기기 분석법(SEM/EDX, XRD, BET, TPR, XPS, TGA)을 통하여 철-구리 산화물계 산소전달입자의 레독스 반응성 향상을 지배하는 주요인을 연구하였다. 첨가된 구리 산화물은 철 산화물 성장 억제제 역할 뿐만 아니라 화학적 환경 변화를 일으키는 화학적 촉매제(chemical promoter) 역할도 하는 것이 발견되었다. 철-구리 산화물계 산소전달입자의 우수한 환원 반응성은 구리 산화물의 도입으로 $Fe^{2+}$ 농도 증가 및 표면 특성 변화 때문이며, 우수한 물분해 특성은 산화 과정에서 일어나는 철 산화물의 응집을 구리 산화물이 억제시킨 것으로 판단되었다.
$H_2$ production by chemical looping is an efficient method to convert hydrocarbon fuel into hydrogen with the simultaneous capture of concentrated $CO_2$. This process involves the use of an iron based oxygen carrier that transfers pure oxygen from oxidizing gases to fuels by ...
$H_2$ production by chemical looping is an efficient method to convert hydrocarbon fuel into hydrogen with the simultaneous capture of concentrated $CO_2$. This process involves the use of an iron based oxygen carrier that transfers pure oxygen from oxidizing gases to fuels by alternating reduction and oxidation (redox) reactions. The enhanced reactivities of copper oxide doped iron-based oxygen carrier were reported, however, the fundamental understandings on the interaction between $Fe_2O_3$ and CuO are still lacking. In this study, we studied the effect of dopant of CuO to $Fe_2O_3/ZrO_2$ particle on the morphological changes and the associated reactivity using various methods such as SEM/EDX, XRD, BET, TPR, XPS, and TGA. It was found that copper oxide acted as a chemical promoter that change chemical environment in the iron based oxygen carrier as well as a structural promoter which inhibit the agglomeration. The enhanced reduction reactivity was mainly ascribed to the increase in concentration of $Fe^{2+}$ on the surface, resulting in formation of charge imbalance and oxygen vacancies. The CuO doped $Fe_2O_3/ZrO_2$ particle also showed the improved reactivity in the steam oxidation compared to $Fe_2O_3/ZrO_2$ particle probably due to acting as a structural promoter inhibiting the agglomeration of iron species.
$H_2$ production by chemical looping is an efficient method to convert hydrocarbon fuel into hydrogen with the simultaneous capture of concentrated $CO_2$. This process involves the use of an iron based oxygen carrier that transfers pure oxygen from oxidizing gases to fuels by alternating reduction and oxidation (redox) reactions. The enhanced reactivities of copper oxide doped iron-based oxygen carrier were reported, however, the fundamental understandings on the interaction between $Fe_2O_3$ and CuO are still lacking. In this study, we studied the effect of dopant of CuO to $Fe_2O_3/ZrO_2$ particle on the morphological changes and the associated reactivity using various methods such as SEM/EDX, XRD, BET, TPR, XPS, and TGA. It was found that copper oxide acted as a chemical promoter that change chemical environment in the iron based oxygen carrier as well as a structural promoter which inhibit the agglomeration. The enhanced reduction reactivity was mainly ascribed to the increase in concentration of $Fe^{2+}$ on the surface, resulting in formation of charge imbalance and oxygen vacancies. The CuO doped $Fe_2O_3/ZrO_2$ particle also showed the improved reactivity in the steam oxidation compared to $Fe_2O_3/ZrO_2$ particle probably due to acting as a structural promoter inhibiting the agglomeration of iron species.
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문제 정의
고순도 수소 생산 및 높은 CO2 포집 효율을 달성하기 위해서는 최적의 공정 시스템 기술 개발과 산소 전달 능력이 우수한 산소전달입자의 개발이 요구된다. 본 연구에서는 산소전달입자의 성능 향상에 대하여 논의하고자 한다.
본 연구에서는 철-구리 산화물계 산소전달입자의 특성을 분석하고 구리 산화물 첨가에 의하여 레독스 반응성이 향상된 원인에 대하여 연구하였다. 여러 번 레독스 반응을 거친 recycled 입자는 철 산화물이 표면에 주로 응집되어 있었으며 BET specific surface area가 감소하였다.
가설 설정
열역학적 특성과 산소전달입자의 반응성을 고려하여 일반적으로 700~900℃에서 운전된다. 높은 물 분해 전환율과 고순도의 수소를 얻기 위해서는 1) 철 산화물이 한 단계 더 환원(Fe)되는 것이 물 분해 반응에 열역학적으로 유리하고 2) 산소전달입자의 표면에 탄소 침적이 억제되어야 한다. 따라서 우수한 산소전달입자는 CO 또는 CH4 연료와 환원 반응 과정에서 산소전달입자 내부의 격자 산소를 반응 가스에게 쉽게 전달해 주어 Fe(X=0)에 가까운 환원 상태에 빠르게 도달해야 하며 동시에 탄소 침적은 억제되어야 한다.
제안 방법
X-ray radiation source로 monochromatic Al-Kα를 사용하였으며, pass energy와 power는 각각 40 eV와 150 W로 실시하였다.
구리 산화물의 소결도가 반응성에 대해 미치는 영향을 살펴보기 위하여 C-FZ1300와 CFZ1300의 반응성 차이를 살펴보면 구리 산화물이 비교적 덜 소결된 C-FZ1300의 β와 γ 피크가 구리 산화물이 심하게 소결된 CFZ1300에 비하여 대체로 더 낮은 온도로 이동하였다.
제조된 산소전달입자는 체분석하여 200~300 μm 크기로 선별하여 분석을 실시하였다. 구리산화물의 소결에 따른 형상 및 반응성에 대한 영향을 확인하기 위해 구리를 함침한 산소전달입자를 제조하였다. 함침법은 첨가제로 Cu(NO3)2·3H2O(99%, Aldrich)를 사용하였다.
볼밀링법으로 제조하고 1300℃에서 소성한 200~300 μm 크기의 Fe2O3/ZrO2를 앞서 제조한 Cu 수용액에 넣고 회전 진공증발기를 이용하여 50~60℃에서 함침을 실시하였다. 그 후 산소전달입자는 100℃에서 24시간 동안 건조하고 900℃에서 6시간 동안 공기분위기에서 소성한 후 분석을 실시하였다. 산소전달입자의 명칭은 Table 1에명시되어있다.
4시간 동안 볼밀링 후 얻어진 시료는 100℃에서 24시간 동안 건조하였다. 그 후 소성온도에 따른 특성 변화를 비교하기 위해 공기 분위기에서 900℃ 또는 1300℃의온도에서 6시간 동안소성하였다. 제조된 산소전달입자는 체분석하여 200~300 μm 크기로 선별하여 분석을 실시하였다.
등온조건에서 산소전달입자의 환원 반응 및 물분해 특성은 열중량 분석기(Setsys TGA)를 사용하여 분석하였다. 각 반응은 700℃에서 진행하였으며 산소전달입자 양은 20 mg으로 고정하고 환원 가스로 10% CO/Ar 또는 10% CH4/Ar을 사용하였고 산화 가스로 10% H2O/Ar을 사용하였으며 총 유량 300 cc/min로 고정하였다.
포집 효율을 달성하면서 고순도의 수소를 직접 생산하는 공정이다[4-7]. 본 공정은 크게 연료가 연소되고 산소전달입자가 환원되는 환원 반응기, 물이 산화되고 산소전달입자가 부분산화되는수증기반응기, 그리고산소전달입자가완전산화되는 산화 반응기로 구성된다. 우선 활성 금속 산화물인 Fe2O3는 환원 반응기에서 주입된 연료가스에 의해서 환원(FeO)되며 동시에 연료는 CO2와 H2O로 전환된다(식 (1)).
본 연구에서는 철-구리 산화물계 산소전달입자의 상호작용의 원인을 규명하고자 5 wt%의 CuO를 Fe2O3/ZrO2에 첨가한 산소전달입자를 제조한후 SEM/EDX, XRD, BET, TPR, XPS, TGA를 통해 특성분석을 수행하였다. 본연구결과는 NiO-Fe2O3, Mn2O3-Fe2O3, NiO-CuO와같은 이중 금속 산소전달입자의 반응성 향상의 원인을 이해하고 우수한 산소전달입자를 개발하는데 유용하게 활용될 것으로 판단된다.
볼밀링법으로 제조하고 1300℃에서 소성한 200~300 μm 크기의 Fe2O3/ZrO2를 앞서 제조한 Cu 수용액에 넣고 회전 진공증발기를 이용하여 50~60℃에서 함침을 실시하였다.
비 등온 조건에서 환원 반응성은 온도 시차 환원 반응 분석(TPR, AutoChem 2920)으로 실시하였다. 산소전달입자 양을 0.
3은 Recycled 산소전달입자에 대한 XPS 결과이다. 산소전달입자 표면의 화학적 환경에 대한 특성 분석을 위하여 XPS 분석을 하였으며 Fig. 3에 Recycled 산소전달입자들의 Fe 2p3/2의 XPS spectra를 도시하였다. Fe 2p3/2 피크를 peak fitting deconvolution technnique으로 상대적 표면 농도를 Fe2+, Fe3+면적으로 분해하였다.
산소전달입자의 BET specific surface area, pore volume 및 mean pore diameter 분석은 질소 흡탈착법을 이용한 BEL Japan Inc.의 BEL-sorpmini II로 분석하였다. 분석 전처리는 120℃에서 3시간동안 진공상태로 하여, 산소전달입자 내 수분 또는 불순물을 제거하였다.
제조된 산소전달입자는 체분석하여 200~300 μm 크기로 선별하여 분석을 실시하였다.
X-ray radiation source로 monochromatic Al-Kα를 사용하였으며, pass energy와 power는 각각 40 eV와 150 W로 실시하였다. 측정 시스템 내부에 존재하는 카본 피크에 해당하는 284.8 eV에서의 C 1s 피크를 internal standard로 사용하여 시료들의 charging effect를 보정하였다. XPS spectra를 얻는 동안에 시스템의 진공상태는 10-9 Torr에서 분석이 진행되었다.
표면 및 단면 형상 분석은 주사전자현미경(scanning electron microscope, Hitachi S-4800)을 사용하였으며 산소전달입자의 내부 형상을 확인하기 위해 산소전달입자를 이온빔 절삭기(ion milling system, E-3500)을 사용하여 절단한 후 단면 분석을 실시하였다.
대상 데이터
지지체는 일반적으로 가스의 내부 확산 저항을 낮추기 위하여 BET specific surface area가 높고 활성 금속 산화물의 소결을 억제하기 위해 녹는점이 높은 비활성 세라믹 소재(SiO2, Al2O3, ZrO2 등)가 주로 사용되었다[12]. 특히 ZrO2는 물리적 강도가 우수하고, 녹는점(2983 K)이 높으며, 화학적 안정성이 우수하여 본 연구에서 지지체로 사용하였다.
함침법은 첨가제로 Cu(NO3)2·3H2O(99%, Aldrich)를 사용하였다.
산소전달입자는 활성 금속 산화물과 지지체의 혼합물로 이루어져 있으며 볼밀링법을 이용하여 제조하였다. 활성 금속 산화물로 Fe2O3 (99%, Aldrich), 지지체로 ZrO2 (99%, Aldrich), 첨가제로 CuO (99.99%, Aldrich)를 사용하였다. Fe2O3/ZrO2는 질량비를 50 : 50으로 하고 CuO-Fe2O3/ZrO2는 질량비를 5 : 45 : 50으로 혼합하였으며 용매로는 2차 탈이온수를 사용하였다.
데이터처리
시료 표면의 원소 구성비와 각 원소의 화학결합상태를 분석하기 위해 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, KRATOS AXIS NOVA)으로분석하였다. X-ray radiation source로 monochromatic Al-Kα를 사용하였으며, pass energy와 power는 각각 40 eV와 150 W로 실시하였다.
이론/모형
Fresh와 Recycled 산소전달입자의 Fe2O3 결정크기를 확인하기 위해 X선 회절 분석법(X-ray diffraction spectroscopy, Rigaku D/max 2500)을 이용하였다. 광원 Cu-Kα 복사, 2θ는 10~90o, scan rate는 1o/min으로 실시하였다.
광원 Cu-Kα 복사, 2θ는 10~90o, scan rate는 1o/min으로 실시하였다. 결정크기는 식 (6)의 Scherrer formula equation을 통해서 계산하였다.
산소전달입자는 활성 금속 산화물과 지지체의 혼합물로 이루어져 있으며 볼밀링법을 이용하여 제조하였다. 활성 금속 산화물로 Fe2O3 (99%, Aldrich), 지지체로 ZrO2 (99%, Aldrich), 첨가제로 CuO (99.
성능/효과
그리고 TPR분석을 통하여 recycled CFZ1300과 C-FZ1300이 recycled FZ1300 보다 우수한 환원 반응성을 보임을 알 수 있었다. TGA분석 결과 철 산화물이 표면에 응집되고 BET specific surface area 낮은 recycled CFZ1300과 C-FZ1300입자가 가장 우수한 환원 반응성을 보였다. 이 결과들은 산소전달입자와 가스의 환원 반응은 가스 확산보다 이온 확산에 의해 반응이 지배받는다는 것을 의미하며 XPS와 TRP결과와도 일치한다.
이 현상은 레독스 반응에서 가스의 내부 확산저항을 증가시킬 것으로 예측된다. XPS 분석을 통하여 표면의 Fe3+/Fe2+ 농도 비율 값을 측정한 결과 recycled FZ1300은 2.1인 반면 recycled CFZ1300과 C-FZ1300은 1.4와 1.3으로 구리 산화물 첨가는 철 산화물계 산소전달입자의 표면 Fe2+농도를 증가시키었다. 그리고 TPR분석을 통하여 recycled CFZ1300과 C-FZ1300이 recycled FZ1300 보다 우수한 환원 반응성을 보임을 알 수 있었다.
7 결과로 뒷받침된다. 결론적으로 구리 산화물은 물 분해 반응과정에서 철 산화물의 응집을 억제해 주는 성장 억제제 역할을 수행하여 물 분해 반응성을 향상시킨 것으로 판단된다.
그리고 Fischer-Tropsch 반응 철 산화물 기반 촉매에 구리 산화물을 첨가하면 화학적 촉매제 역할을 한다고 보고되고 있다[30-32]. 결론적으로 구리 산화물의 도입으로 CFZ산소전달입자의 표면 Fe2+의 농도가 증가하여 전하 불균형, 산소 공극(oxygen vacancy), 결함(defect) 농도를 증가시키고 이것은 Fe의 화학적 환경과 레독스 반응성을 변화시킨 것으로 판단된다.
이때 격자가 재배열되어 결정 크기 변화에 영향을 준 것으로 추측된다[17,24]. 구리가 첨가된 CFZ900, CFZ1300, 및 C-FZ1300에서는 CuO, CuFe2O4, 및 CuFeO2상이 확인되었다. 주목할 점은 1300℃에서 소성된 Fresh 및 Recycled CFZ1300의 결정크기가 각각 80.
1과 2에서 보는 바와 같이 Recycled 산소전달입자가 Fresh 산소전달입자에 비하여 표면에 철 산화물이 집중되어 있었다. 그 결과 수증기가 철 산화물과 쉽게 표면에서 반응할 수 있어서 물 분해 반응 속도가 상승한 것으로 판단된다. 그리고 Recycled FZ1300에 비하여 구리 산화물이 첨가된 Recycled CFZ1300 및 Recycled C-FZ1300의 물분해속도가더빠른것을확인할수있었다.
3으로 구리 산화물 첨가는 철 산화물계 산소전달입자의 표면 Fe2+농도를 증가시키었다. 그리고 TPR분석을 통하여 recycled CFZ1300과 C-FZ1300이 recycled FZ1300 보다 우수한 환원 반응성을 보임을 알 수 있었다. TGA분석 결과 철 산화물이 표면에 응집되고 BET specific surface area 낮은 recycled CFZ1300과 C-FZ1300입자가 가장 우수한 환원 반응성을 보였다.
FZ1300은 일산화탄소 환원 반응 결과와 같이 Fresh와 Recycled 산소전달입자의 환원 반응성 차이가 거의 없었다. 반면 Recycled CFZ1300 및 Recycled C-FZ1300의 환원 반응성은 크게 향상되었으며 일산화탄소 환원 반응과 같은 이유로 메탄 환원 반응성이 향상되었다고 판단된다. 메탄 환원 반응 속도가 매우 느린 것은 1300℃의 높은 소성온도에 기인한 산소전달입자의 소결 현상과 메탄 환원 반응이 다른 환원 가스(CO, H2)보다 느린 kinetics를 갖기 때문으로 판단된다[37,38].
FZ1300은 상반되는 두 효과가 서로 상쇄되어 반응성에는 큰 영향을 주지 않은 것으로 판단된다. 반면 구리 산화물이 첨가된 Recycled CFZ1300 및 Recycled C-FZ1300은 Fresh 산소전달입자에 비하여 반응성이 크게 향상되었다. 특히 Recycled CFZ1300은 높은 결정화도와 낮은 BET specific surface area 값을 보임에도 높은 반응성 향상 결과를 얻을 수 있었다.
표면에 응집된 Recycled 입자의 철 산화물은 구리 산화물의 첨가와 소성온도에 따라 다른 형상이 관찰되었다. 상대적으로 낮은 온도 (900℃)에서 소성된 Recycled FZ900 (Fig. 2a)와 Recycled CFZ900 (Fig. 2b)를 비교하면 Recycled FZ900 (Fig. 2a)에 비하여 Recycled CFZ900 (Fig. 2b)의 철 산화물이 표면에 약하게 응집되고 고르게 분포하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이와는 달리 1300℃에서 소성한 산소전달입자를 보면 구리가 첨가된 CFZ1300가 FZ1300보다 강하게 응집 또는 소결된 것을 Fig.
특히 Recycled CFZ1300은 높은 결정화도와 낮은 BET specific surface area 값을 보임에도 높은 반응성 향상 결과를 얻을 수 있었다. 이 결과는 물리적 환경의 변화(표면 형상, BET specific surface area, 결정화도)보다 화학적 환경 변화(Fe2+ 농도 증가)가 레독스 반응에 지배적인 영향을 미치는 것을 암시한다.
52 m2/g로 차이가 거의 없었다. 종합하면 BET specific surface area는 소성 온도에 의하여 결정됐으며 구리 산화물에 의하여 추가적인 BET specific surface area 변화는 발견되지 않았다.
최근 철 산화물기반 산소전달입자에 전도성 물질을 첨가할 경우 레독스 반응성이 향상된다는 연구가 보고되고 있다[40,41]. 종합하면 고체 산소전달입자와 가스의 환원 반응은 가스 확산보다 이온 확산이 전체 반응속도를 지배한다고 판단되며 XPS와 TRP결과와도 일치한다.
2) 레독스 반응 후 산소전달입자의 BET specific surface area 변화에 별다른 영향을 미치지 못하였다(Table 3). 종합하면 구리 산화물은 철 산화물의 물리적 환경을 변화시키기 보다는 화학적 환경을 변화시키는데 큰 영향을 미치는 것으로 판단되었다. 선행연구들은 이 중금속 촉매가 단일 금속 촉매에 비하여 높은 레독스 활동도(redox activity)를 나타내는 이유 중 하나로 중간 원자가 수(intermediate valence)가 새롭게 생성되었기 때문으로 보고하고 있다.
구리가 첨가된 CFZ900, CFZ1300, 및 C-FZ1300에서는 CuO, CuFe2O4, 및 CuFeO2상이 확인되었다. 주목할 점은 1300℃에서 소성된 Fresh 및 Recycled CFZ1300의 결정크기가 각각 80.5 nm 및 87.7 nm로 가장 높은 결정화 도를 나타내었다. 이것은 1300℃ 소성 과정에서 구리 산화물이 소결제 역할을 하였기 때문으로 추정된다.
구리 산화물이 첨가된 Recycled 산소전달입자들(CFZ1300, C-FZ1300)의 각 온도 피크(α, β, γ)는 Recycled FZ1300에 비하여 모두 낮은 온도로 이동하였었다. 주목할 점은 Recycled CFZ1300은 Recycled FZ1300에 비하여 심하게 응집된 표면 형상(Fig. 2), 높은 결정화도(Table 2), 그리고 낮은 BET specific surface area (Table 3)을 보였으나 환원 피크가 낮은 온도로 이동하였다. XPS 결과에도 보는 것처럼 Fe 주변의 화학적 환경 변화가 환원력을 상승시킨 것으로 강하게 추정된다.
2e)는 최외각층에 구리산화물이 대부분 존재하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 철 산화물은 반복된 레독스 반응을 통해 표면으로 확산하여 이동했지만 표면에 존재하는 구리 산화물의 분포는 큰 변화가 없이 유지되었다.
반면 구리 산화물이 첨가된 Recycled CFZ1300 및 Recycled C-FZ1300은 Fresh 산소전달입자에 비하여 반응성이 크게 향상되었다. 특히 Recycled CFZ1300은 높은 결정화도와 낮은 BET specific surface area 값을 보임에도 높은 반응성 향상 결과를 얻을 수 있었다. 이 결과는 물리적 환경의 변화(표면 형상, BET specific surface area, 결정화도)보다 화학적 환경 변화(Fe2+ 농도 증가)가 레독스 반응에 지배적인 영향을 미치는 것을 암시한다.
후속연구
Cu는 열역학적으로 물 분해 반응에 직접적으로 참여하지 않지만 lattice parameter 증가와 부피 팽창으로 점진적으로 철 산화물이 응집되는 것을 Cu가 억제해 주기 때문으로 판단된다. 본 연구 결과는 이중 금속 산소전달입자의 반응성 향상의 원인을 이해하고 우수한 레독스 반응성을 지니는 산소전달입자를 개발하는데 유용하게 활용될 것으로 기대한다.
에 첨가한 산소전달입자를 제조한후 SEM/EDX, XRD, BET, TPR, XPS, TGA를 통해 특성분석을 수행하였다. 본연구결과는 NiO-Fe2O3, Mn2O3-Fe2O3, NiO-CuO와같은 이중 금속 산소전달입자의 반응성 향상의 원인을 이해하고 우수한 산소전달입자를 개발하는데 유용하게 활용될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수소제조기술은 어떻게 나뉘는가?
친환경 에너지원으로 부각되고 있는 수소는 원료 물질에 따라서 크게 두 가지 방법으로 제조될 수 있으며 천연가스, 석탄, 바이오매스 등 화석연료 기반 제조 기술과 풍력, 태양열, 원자력, 또는 수전해기술을 이용한 물 분해 수소제조 기술로 나눌 수 있다. 온실가스 배출을 억제하면서 고순도 수소 생산이 가능한 물 분해 수소제조 기술이 최근 주목을 받고 있으나 아직까지 경제성 확보가 어려우며 상용화를 위한 추가적인 기술 개발 노력과 시간이 요구되고 있다[1].
화석연료 기반 제조 기술의 장단점은?
온실가스 배출을 억제하면서 고순도 수소 생산이 가능한 물 분해 수소제조 기술이 최근 주목을 받고 있으나 아직까지 경제성 확보가 어려우며 상용화를 위한 추가적인 기술 개발 노력과 시간이 요구되고 있다[1]. 반면 화석연료로부터 수소를 생산하는 천연가스 또는 나프타 개질기술과 석탄, 중질 잔사유, 및 biomass 가스화 기술은 기술적 성숙도가 높아 현재 널리 사용되고 있지만 온실가스가 필연적으로 발생하는 문제점을 가지고 있다. 상기 기술들 중에서 메탄-수증기 개질에 의한 수소제조 방법은 초기투자비가 저렴하고 기술적 성숙도가 높아 가장 널리 사용되고 있다.
매체 순환식 수소제조공정의 장점은?
매체 순환식 수소제조공정은 직접 고순도의 수소를 생산하는 동시에 $CO_2$ 포집 비용을 최소화할 수 있는 고효율/친환경적인 공정이다. 본 공정은 레독스 반응을 통하여 산소를 전달하고 이때 철 산화물계 산소전달입자를 이용하게 된다.
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