초록 ▼

$NiFe_2O_4$를 $CH_4$이용하여 산화-환원 특성, 반응 시스템에서의 산화-환원 반응성 및 수소발생량을 측정하였다. $CH_4$-Reduction step 진행시 금속산화물의 산소결함의 포화는 55min경에 도달하였고, 이로 인해 급속한 $CH_4$분해가 증가되면서 Carbon의 침적 또한 급속하게 증가하기 시작함을 확인하였다. 이러한 Carbon의 침적은 열화학 사이클의 열효율을 떨어뜨리고 재산화 반응시 금속산화물의 산화성능을 저해함으로서 금속

$NiFe_2O_4$를 $CH_4$이용하여 산화-환원 특성, 반응 시스템에서의 산화-환원 반응성 및 수소발생량을 측정하였다. $CH_4$-Reduction step 진행시 금속산화물의 산소결함의 포화는 55min경에 도달하였고, 이로 인해 급속한 $CH_4$분해가 증가되면서 Carbon의 침적 또한 급속하게 증가하기 시작함을 확인하였다. 이러한 Carbon의 침적은 열화학 사이클의 열효율을 떨어뜨리고 재산화 반응시 금속산화물의 산화성능을 저해함으로서 금속산화물의 내구성을 떨어뜨리는 주요인임을 확인할 수 있었다. $NiFe_2O_4$의 또 다른 문제점은 환원분위기에서 표면반응만 일어나게 됨으로서 활성성분에서의 금속성분이 응집되어 기공이 막히는 것이 확인되었다. 이는 금속산화물의 산화-환원의 반복 사이클(내구성)을 진행할 수 없게 하는 주요원인이 된다. 이러한 반응 후 활성성분의 응집현상으로 인한 기공의 막힘을 방지하기 위해 비활성성분과 활성성분과의 혼합물로 제조한 $NiOFe_2O_3$/$NiAl_2O_4$, CoO/$CoAl_2O_4$를 이용하여 산화-환원 반응성을 확인하였다. 그 결과, $NiFe_2O_4$의 문제점을 극복한 형태의 금속산화물로서 빠른 환원반응속도와 10cycle동안데도 $H_2$ 발생량이 줄어들지 않는 반응특성을 나타냈다. 또한, CoO/$CoAl_2O_4$의 10Cycle 수행 후 결과에서는 $CH_4$-Reduction step이 진행됨에 따라 Carbon의 침적지점이 앞으로 당겨지는 것을 확인하였다. 위와 같은 결과로서 $CH_4$ 이용 열화학 사이클의 반응시스템에 가장 중요한 변수는 반응시간의 제어로서 Carbon의 침적을 방지하고 금속산화물의 개선에 대한 연구방향을 확립하였다. $NiFe_2O_4$를 이용하여 $CH_4$ 이용 열화학 사이클의 수소발생량 결과에 기인한 10 L/hr 수소제조 반응 시스템을 운전하였다. 운전 시 반응시간을 고려하여 Carbon의 침적을 방지하였고, 또한 Carrier gas를 흘리지 않고서 단지 수증기압에 의한 Steam을 공급함으로서 2.5 L/hrreactor (4개의 reactor)의 Pure $H_2$를 발생시킬 수 있었다.

Abstract ▼

${\circ}$ The selection of metal oxides for producing $H_2$
- Oxidation-reduction properties of metal oxides
- Thermal stability of metal oxide
- The preparation of metal oxides with reversibility
${\circ}$ Experimental design and construction of oxidatio

${\circ}$ The selection of metal oxides for producing $H_2$
- Oxidation-reduction properties of metal oxides
- Thermal stability of metal oxide
- The preparation of metal oxides with reversibility
${\circ}$ Experimental design and construction of oxidation-reduction reaction system
- Comparison of the producing hydrogen quantity in each of metal oxide
- Comparison of redox behavior in each of metal oxide
${\circ}$ Reaction system construction and operate for hydrogen production of 10l/hr
- System operation technology

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 보고서 초록...3
• 요약문...4
• SUMMARY...8
• CONTENTS...12
• 목차...13
• 표목차...14
• 그림목차...15
• 제1장 서론...17
• 제2장 이론적 배경...19
• 제1절 열화학적 수소제조 프로세스...19
• 제2절 열화학적 사이클에 관여하는 물질의 열화학적 성질...21
• 제3절 다단계의 열화학사이클 구성...22
• 제4절 금속산화물을 이용한 2단계 산화 환원 사이클의 선정 및 원리...29
• 제3장 실험...33
• 제1절 금속산화물의 제조...33
• 제2절 금속산화물을 이용한 열화학 사이클 반응 시스템...35
• 제3절 10L/hr $H_2$ 제조 열화학 사이클 반응로의 실증 실험...38
• 제4장 실험결과 및 고찰...40
• 제1절 금속산화물의 제조...40
• 제2절 금속산화물을 이용한 열화학 사이클 반응 결과...44
• 제3절 10L/hr $H_2$ 제조 열화학 사이클 반응로의 실증 실험...62
• 제4절 금속산화물의 열적 환원과 물 분해 반응의 열화학 사이클을 위한 연구...63
• 제5장 결론...66
• 참고문헌...69
• 특정연구개발사업 연구결과 활용계획서...71
• [첨부1] 연구결과 활용계획서...72
• [첨부2] 기술 요약서...79
• 부록...85