초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 암모니아 분리 공정에서 사용되는 에너지 절감을 위한 암모니아 흡착 분리 공정 개발을 목표로 함. 신규 흡착제 개발과 기계학습 기반 흡착 분리 공정 개발을 통하여, 암모니아 분리 흡착제 선별 기술 확보에 기여하고자 함.
가. 암모니아 분리 흡착제 개발:
1) 점토광물에 대한 H2, N2, NH3 흡착 속도/평형 데이터 구축
2) 점토광물 물성에 따른 암모니아 흡착특성 분석
3) 점토광물 개질을 통한 신규 흡착제 개발
4) 신규 흡착제의 H2, N2, NH3 흡착 속도/평형 데이터

□ 연구개요
본 연구는 암모니아 분리 공정에서 사용되는 에너지 절감을 위한 암모니아 흡착 분리 공정 개발을 목표로 함. 신규 흡착제 개발과 기계학습 기반 흡착 분리 공정 개발을 통하여, 암모니아 분리 흡착제 선별 기술 확보에 기여하고자 함.
가. 암모니아 분리 흡착제 개발:
1) 점토광물에 대한 H2, N2, NH3 흡착 속도/평형 데이터 구축
2) 점토광물 물성에 따른 암모니아 흡착특성 분석
3) 점토광물 개질을 통한 신규 흡착제 개발
4) 신규 흡착제의 H2, N2, NH3 흡착 속도/평형 데이터 구축
5) 신규 흡착제의 물성에 따른 암모니아 흡착특성 분석
나. 흡착탑을 통한 암모니아 분리 공정 개발:
1) H2, N2, NH3 혼합기체 파과 실험을 통한 파과 데이터 데이터 구축
2) 인공신경망을 이용한 파과 모사기 개발

□ 연구 목표대비 연구결과
가. 에너지 절감형 NH3 기체 분리를 위한 흡착 소재 개발
1. 점토광물의 H2, N2, NH3 순수 기체 흡착 속도/평형 데이터 구축을 위해 장비를 구축하고 흡착제의 암모니아 파과 측정을 성공적으로 수행함.
2. 점토광물의 물리/화학적 물성 측정 및 암모니아 기체 흡착 성능과 연관성 분석을 성공적으로 수행함.
3. 파과 측정을 통해 최적 모체 흡착제 1종을 선정하고 이에 대해 H2, N2, NH3 흡착 기초 데이터 측정/수학 모형 구축을 통해 흡착 parameter set을 도출함
4. 금속 함침을 통한 신규 흡착제 2종을 개발 하고 암모니아 흡착 파과 측정 및 H2, N2 기체의 흡착 parameter set을 도출함. 신규 흡착제의 물성 데이터를 분석하여 흡착 성능과 연관성을 분석함.
나. 흡착탑의 암모니아 분리도 평가 및 인공신경망을 통한 파과 모사기 개발
1. 개발 흡착제를 흡착탑에 충진하고 H2, N2, NH3 혼합 가스를 주입하여 암모니아의 파과 시간을 측정하여 분리 성능을 성공적으로 평가함.
2. 실험에서 얻은 parameter를 바탕으로 파과 예측을 위한 이론 기반 모델을 개발함. 실험을 통해 검증된 파과 모사기로 데이터셋을 생산하고, 이를 인공신경망 모델에 학습 시켜 평균 오차 2% 이내의 파과 모사기 개발에 성공함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
가. 연구과제의 활용방안
- 현재 대부분 친환경 암모니아 및 수소 생산 연구는 수전해 또는 촉매 개발 연구에 집중되어 있음. 본 연구에서는 분리 방법의 개선을 통해 에너지 절감을 달성을 목표로 하기 때문에 수전해 및 개선된 촉매와 시너지 효과를 낼 수 있음.
- 개발된 암모니아 흡착제를 암모니아 생산 반응기에 추가로 투입한다면, 반응에서 생성된 암모니아를 흡착으로 제거하며 sorption-enhanced 기작을 통한 암모니아 생산 수율 증대를 기대할 수 있음.
나. 연구과제의 기대효과
- 암모니아 분리 공정을 위해 개발된 흡착 소재 및 공정 모사기를 기준 데이터로 설정하여 추가 연구 가속화에 기여 가능함. 지속적인 소재 개발을 통해 암모니아 생산 효율 증대 및 에너지 절감에 기여할 것임
- 본 연구에서 확립된 기계학습을 응용한 파과 모사기 개발법을 통해 적은 실험으로도 파과 예측 및 PSA 공정 개발에 기여할 것으로 기대됨. 또한 흡착탑 출구 외에 흡착탑 내의 농도 예측에 적용할 경우 분석하기 어려웠던 흡착탑 내부에 대한 예측을 수행하여 흡착 공정의 디지털 트윈 구축에 기여할 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 가. 에너지 절감형 NH3 기체 분리를 위한 흡착 소재 개발 ... 5
• 나. 흡착탑의 암모니아 분리도 평가 및 인공신경망을 통한 파과 모사기 개발 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 가. 연구과제의 활용방안 ... 13
• 나. 추가 연구의 필요성 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• 끝페이지 ... 20