초록 ▼

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
재생 발전(사막의 태양광, 해상 풍력, 적도 부근의 해양 온도차 발전 등) 전기를 저장하고 이송하는 에너지 캐리어와 기존 하버-보슈 공정 대체를 위하여 물과 질소로부터 전기화학적 방법으로 암모니아를 생산하는 연구 개발을 수행하였다. 전기화학적 암모니아 합성법으로 고체상 분리막 전해셀을 이용하는 방법과 액상 전해셀 이용하는 방법을 연구하였다. 고체상 이온전도성 분리막을 이용한 전해셀의 주 연구 결과는 질소 환원 전극촉매로 나노 물질을 사용하였을 때 암모니아 합성률 0.21 L m

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
재생 발전(사막의 태양광, 해상 풍력, 적도 부근의 해양 온도차 발전 등) 전기를 저장하고 이송하는 에너지 캐리어와 기존 하버-보슈 공정 대체를 위하여 물과 질소로부터 전기화학적 방법으로 암모니아를 생산하는 연구 개발을 수행하였다. 전기화학적 암모니아 합성법으로 고체상 분리막 전해셀을 이용하는 방법과 액상 전해셀 이용하는 방법을 연구하였다. 고체상 이온전도성 분리막을 이용한 전해셀의 주 연구 결과는 질소 환원 전극촉매로 나노 물질을 사용하였을 때 암모니아 합성률 0.21 L m^-2 hr^-1와 패러데이 효율은 최대인 55.42%를 달성할 수 있었다. 패러데이 효율을 유지하고 암모니아 합성률을 높이기 위한 방안으로 생산 가스 재순환 개념을 도입하였으며, 생산 가스 재순환 시 암모니아 합성률 12.67 L·m^-2 ·hr^-1을 달성하였다. 액상 전해셀 암모니아 합성의 주 연구 결과는 ZrN 부유 촉매를 적용하여 100oC, 인가전압 2.0 V 에서 최대 암모니아 합성률 90 L·m^-2·h^-1이고, 패러데이 효율은 25%를 달성하였다.

재생 전기 저비용 대용량 저장과 하버-보슈 공정 대체를 위해서는 전기화학적 암모니아 합성률 및 패러데이 효율을 현재 수준보다 더욱 높여야 한다. 최종 패러데이 효율 목표는 미국 DOE REFUEL과제와 동일한 90%이며, 90L·m^-2·h^-1이상의 암모니아 합성률을 달성할 계획이다.
이를 위해서는 질소환원 속도 빠르고 선택성이 높은 전극 촉매, 전극과 전해질 계면의 최적화를 통해 암모니아 합성률 향상, 전해셀 최적화, 스케일업 기술, 암모니아 농축 및 회수 연구 개발이 반드시 필요하다.

(출처 : 요약문 6p)

Abstract ▼

Ⅳ. Result and Recommendations
Research and development has been carried out to produce ammonia in an electrochemical manner from water and nitrogen for the purpose of storing and transporting electricity (e.g. solar radiation in the desert, wind in the ocean, temperature difference in the equator

Ⅳ. Result and Recommendations
Research and development has been carried out to produce ammonia in an electrochemical manner from water and nitrogen for the purpose of storing and transporting electricity (e.g. solar radiation in the desert, wind in the ocean, temperature difference in the equator, etc.). The electrochemical ammonia synthesis methods were studied using solid phase separation film electrolytes and liquid electrolytes. The main findings of the electrolyte cell using solid-phase ionic separation film showed that ammonia synthesis rate of 0.21 L m^-2 hr^-1 and paraday efficiency of 55.42% when nanomaterial was used as a nitrogen-reduction electrode. The concept of production gas recirculation was introduced as a way to maintain paraday efficiency and increase ammonia synthesis rate and achieved ammonia synthesis rate of 12.67 L,m^-2·hr^-1 during production gas recirculation. The main findings of the liquid electrolyte ammonia synthesis were ZrN floating catalysts with a maximum ammonia synthesis rate of 90 L,m^-2 and hr^-1 at 100℃ and an applied voltage of 2.0 V, with a paraday efficiency of 25%.

The use of low-cost renewable electricity storage and the replacement of the Harbor-Bosh process requires higher electrochemical ammonia synthesis and paraday efficiency than current levels. Goal of final Faraday efficiency is 90% that is identical to the U.S. DOE REFUEL task and it is planning to achieve ammonia synthesis rate of 90L,m^-2 rh^-1. To achieve this, research and development of ammonia synthesis, electrolyte optimization, scale-up technology, ammonia concentration and recovery is essential through fast, highly selective electrode catalyst, electrode and electrolyte interface optimization.

(출처 : SUMMARY 8p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 10
• 목차 ... 12
• 그림목차 ... 14
• 표목차 ... 16
• 제 1 장 서 론 ... 17
• 제 1 절 연구 목적 ... 17
• 제 2 절 기술의 개요 ... 18
• 1. 암모니아 생산 방법 ... 18
• 2. 전기화학적 암모니아 기술 개발의 필요성 및 차별성 ... 23
• 3. 전기화학적 암모니아 생산 국외 기술 개발 현황 ... 26
• 4. 국외 기술과 우리 기술의 비교 ... 29
• 제 2 장 전기화학적 암모니아 합성 연구 ... 31
• 제 1 절 고체상 분리막 전해셀 기반 암모니아 합성 ... 31
• 1. 나노 촉매를 이용한 전기화학적 암모니아 합성 ... 31
• 2. 생산 가스 재순환법을 이용한 전기화학적 암모니아 생산 ... 33
• 3. 질소 다결점 촉매 이용 전기화학적 암모니아 합성 ... 35
• 제 2 절 액상 전해셀 기반 암모니아 합성 ... 42
• 1. 알칼리염 수용액 전해셀을 이용한 암모니아 합성의 실험 방법 ... 42
• 2. 금속산화물 부유촉매를 적용한 암모니아 합성결과 ... 43
• 3. 금속질화물 부유촉매를 적용한 암모니아 합성결과 ... 44
• 제 3 장 결 론 ... 47
• 참 고 문 헌 ... 49
• 부록 1: 탄소 배출이 없는 암모니아 합성 기술 경제성 평가 ... 51
• 끝페이지 ... 98