초록 ▼

본 과제에서는 고온 원자로 열원을 이용한 물 분해에 의한 기존 수소제조방법, 예를 들어 고온수증기 전기분해, 열화학 방법, 수증기/이산화황 혼합가스를 반응물로 사용하는 Westing house 전기분해 등의 기존방법, 을 대체할 수 있는 새로운 방법의 개발에 관한 연구를 수행하였다. 마이크로 플라즈마 방법과 전기화학 수소펌프를 결합시킨 것을 핵심개념으로 하는 본 방법의 개발을 위하여 지난 2년간의 연구에서는 플라즈마 반응영역에 수소 흡수 전극을 배치시켜 실시간으로 전기화학적인 방법에 의하여 수소를 pump out하는 방식에 근거하여

본 과제에서는 고온 원자로 열원을 이용한 물 분해에 의한 기존 수소제조방법, 예를 들어 고온수증기 전기분해, 열화학 방법, 수증기/이산화황 혼합가스를 반응물로 사용하는 Westing house 전기분해 등의 기존방법, 을 대체할 수 있는 새로운 방법의 개발에 관한 연구를 수행하였다. 마이크로 플라즈마 방법과 전기화학 수소펌프를 결합시킨 것을 핵심개념으로 하는 본 방법의 개발을 위하여 지난 2년간의 연구에서는 플라즈마 반응영역에 수소 흡수 전극을 배치시켜 실시간으로 전기화학적인 방법에 의하여 수소를 pump out하는 방식에 근거하여 에너지 효율을 증가시키는데 초점을 맞추었다. 특히 800oC 고온에서 작동하는 수소 펌프의 사용과 플라즈마 형성에 펄스 형 전원을 사용하여 전력입력 당 수소제조 효율을 50ml/100J 로 향상시켜 기존 모든 수소 제조 방법의 효율을 상회하는 성과를 올렸다. 본 연구결과는 원자력 열원을 이용한 수소제조의 새로운 방법의 가능성을 제시한 점과 지금까지 귀금속 전극촉매에만 의존하였던 H2O/SO2 산화반응을 마이크로 플라즈마 방법에 의하여 촉진시킬 수 있는 가능성을 제시하고 SO2의 전극 간 이동을 차단하여 마이크로 플라즈마 기술을 에너지 기술에 응용하였다는 점에서 학술면, 산업면에서 큰 파급효과를 가져올 것으로 예상된다.

Abstract ▼

o Construction of plasma reactor utilizing microporous ceramic disk as the discharge medium.
o Fabrication of MEA based on BCY solid oxide membrane and preparation of the electrochemical hydrogen pump based on the MEA.
o Construction of the PAHPA system by combining the plasma reactor and

o Construction of plasma reactor utilizing microporous ceramic disk as the discharge medium.
o Fabrication of MEA based on BCY solid oxide membrane and preparation of the electrochemical hydrogen pump based on the MEA.
o Construction of the PAHPA system by combining the plasma reactor and the electrochemical hydrogen pump.
o Hydrogen generation by the PAHPA system by raising the operation temperature up to 850oC.
o Optimization of the shape of the power source for the plasma reactor and evaluation of the energy efficiency for hydrogen generation.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...19
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...21
• 제 1 절 기술 분석개요...21
• 제 2 절 원자로 열원을 이용한 기존의 수소제조법...22
• 1. 열화학 방법(Thermochemical cycle)...22
• 2. 고온전기분해 (High temperature electrolysis)...25
• 3. 혼합방법 (Hybrid process)...25
• 4. 아주대학교 방법(Ajou university process)...27
• 제 3 절 플라즈마 화학방법...33
• 1. 플라즈마 화학반응...33
• 2. 대기압 플라즈마...35
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과...40
• 제 1 절 H2O/SO2 혼합가스 매질에서의 대기압 방전...42
• 1. MIPC (microplasma inside a porous ceramic) 방전...42
• 2. 다공성 방전유도체의 제작...43
• 3. MIPC 전극 제작...44
• 4. MIPC방전의 전기적 특성 및 온도에의 의존도...46
• 제 2 절 전기화학적 수소펌프...52
• 1. 저온 MEA (membrane-electrode assembly) 제작...52
• 2. 고온 MEA 및 전기화학적 수소펌프의 제작...52
• 3. 수소펌프 성능실험...59
• 제 3 절 플라즈마지원 수소펌프 통합시스템 (plasma-assisted hydrogen pump assembly)의 운전 및 성능...61
• 1. PAHPA 의 구성...61
• 2. PAHPA시스템의 플라즈마 반응에 의한 수소 생성...67
• 3. 저온형 PAHPA의 성능...69
• 4. 고온형 PAHPA의 성능...71
• 제 4 절 수소생산의 에너지 효율...73
• 1. 펄스 형 전원...73
• 2. 에너지효율...78
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...81
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...84
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...85
• 제 7 장 참고문헌...86