초록 ▼

□ 연구개요
액상의 암모니아를 분해하여 수소를 추출하는 과정에서 상당량의 미분해 암모니아가 발생함. 미분해 암모니아는 연료전지와 같은 후단 수소 소비공정에서 부식유발과 촉매피독과 같은 치명적인 피해를 입힐 수 있어 0.1 ppm 이하의 농도로 제거해야 할 필요가 있음. 그러나 재생이 어려운 암모니아의 특성 때문에 암모니아의 회수와 농축을 위해서는 추가적인 고비용 흡착 공정이 필요하여 수소에너지 단가를 높일 수 있음. 현재까지 개발된 암모니아 흡착제는 PSA공정 적용이 불가능하고 상온흡착단계에 이어 400℃ 이상의 고온으로 가열

□ 연구개요
액상의 암모니아를 분해하여 수소를 추출하는 과정에서 상당량의 미분해 암모니아가 발생함. 미분해 암모니아는 연료전지와 같은 후단 수소 소비공정에서 부식유발과 촉매피독과 같은 치명적인 피해를 입힐 수 있어 0.1 ppm 이하의 농도로 제거해야 할 필요가 있음. 그러나 재생이 어려운 암모니아의 특성 때문에 암모니아의 회수와 농축을 위해서는 추가적인 고비용 흡착 공정이 필요하여 수소에너지 단가를 높일 수 있음. 현재까지 개발된 암모니아 흡착제는 PSA공정 적용이 불가능하고 상온흡착단계에 이어 400℃ 이상의 고온으로 가열하여 암모니아를 탈착시키는 TSA 공정에만 적용할 수 있음. 이러한 TSA 공정에서는 흡착제의 내구성이 떨어질 뿐 아니라 과도한 재생에너지의 투입에도 불구하고 회수효율이 낮음. 본 연구에서는 연구진이 보유하고 있는 흡착세기 조절기술을 이용하여 미분해 암모니아를 제거할 뿐 아니라 추가적인 에너지의 사용 없이 상온 혹은 저온에서 암모니아를 회수하고 농축하여 상단 feed에 다시 주입할 수 있는 PSA 공정에 적용조건을 충족하고 상압상온 재생이 가능한 초고선택성 저비용 암모니아 흡착제를 개발하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
미분해된 암모니아를 흡착하기 위하여 신규 흡착제를 개발하고 개발한 흡착제를 사용하여 특성분석 및 암모니아 파과실험을 통한 흡착량을 조사하였음. 암모니아 흡착제의 표면 및 구조, 매커니즘을 분석하여 흡착 및 탈착 반응 거동을 조사하고 나아가 다양한 TSA, PSA, VPSA 등의 다양한 공정에 적용하여 최적의 공정조건을 구사하였음. 또한 나아가 추가적으로 암모니아 뿐만 아니라 수소가 함께 포함된 모사가스를 사용하여 암모니아 선택 흡착성에 대해서도 연구를 수행하였음. 결과적으로 최종 목표 흡착량(2.22 mmol/g)을 초과한 8.7 mmol/g을 달성하였으며, 다양한 공정에 적용함으로써 경제성 있는 재상이 가능한 초고선택성 저비용 암모니아 흡착제를 개발하였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구진이 보유하고 있는 나노금속에 의한 암모니아 흡착특성 왜곡 기술은 현재까지 시도된 적이 없는 암모니아용 압력교차흡착공정(PSA)을 상용화 할 수 있는 획기적인 seed기술 임. 또한 암모니아 PSA 공정의 상용화는 미분해 암모니아의 회수와 농축 뿐 아니라 현재 초기연구가 활발한 전기적인 방법을 이용한 암모니아 합성에도 응용이 가능함. 전기적인 방법을 이용한 암모니아 합성은 에너지 효율이 매우 높으나 생산되는 암모니아의 농도가 매우 낮아 상용화가 어려우나 암모니아 PSA를 이용하면 저비용의 회수와 농축공정을 거쳐 고농도의 암모니아 합성이 가능해 짐.
- 원천기술 확보 및 실증사업 : 실험실 규모의 연구 결과로부터 원천기술을 확보하고, 이를 이용하여 참여기업을 찾고 공동 실증연구를 수행함으로써 독자기술을 확보할 수 있음
- 보급방안 마련 : 기술개발 후 대량 생산 및 상용화를 위한 로드맵 마련 가능성을 제시함
- 국제협력 및 산학연 실증 사업: 국제공동연구를 통한 암모니아 흡착제의 국제적 사업을 주도하고 보급 가능할 수 있도록 기술 확보를 주도할 수 있음

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구개발 목적 및 필요성 ... 4
• 1-2. 연구의 최종 목표 ... 6
• 1-3. 연구 범위 및 단계별 계획 ... 7
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 8
• 2-1. 1차년도 (미반응 암모니아의 제거를 위한 신규 흡착제 개발) ... 8
• 2-2. 2차년도 (흡착제 성능 개선 및 흡‧탈착 메커니즘 규명) ... 11
• 2-3. 3차년도 (실험실 규모의 PSA 구현을 통한 암모니아 회수 및 농축기술 개발) ... 13
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 17
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 17
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• 3) 목표 달성 수준 ... 18
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 22
• 끝페이지 ... 31