| 초록 |
최근 들어 국내 시장 및 세계시장에서 수소 수요는 석유화학 공업 분야에서 석유공급 구조의 중질화 및 엄격한 환경 규제 등의 이유로 Hydro-cracking, Hydro-refining, Hydro-treating, 등 수소를 이용하는 공정들이 도입됨으로 인해 날로 증가하고 있다. 또한 연료, 반도체 제조, 금속의 열처리 등의 새로운 분야에서도 창출되고 있어 장기적으로 수소의 수요는 더욱 급증할 것으로 기대된다. 우리나라의 경우 급속한 공업화의 추진에 따라 다량의 수소를 함유한 부생 가스의 생산은 늘고 있으나, 현재 이 부생 가스들은 대부분 부가가치가 낮은 연료로 사용되거나 대기오염 방지적 차원에서 flare stack에서 태워져 버려지고 있는 상태이다. 즉 자원이 부족함에도 한 쪽에서는 값비싼 납사와 많은 에너지를 이용하여 복잡한 반응과 분리정제 과정을 통해 수소를 제조하여 사용하고 있으며, 다른 쪽에서는 다량의 수소를 함유한 부생가스를 태워 없애고 있는 것이 우리나라의 현실이다. 따라서 부생가스로부터 수소를 회수하여 필요한 공정에 사용하는 것이 절실히 요구되고 있는데 이를 위해서는 경제적인 수소 분리 정제 기술의 개발이 팔수 조건이다. 부생 가스로부터 고부가가치가 있는 수소를 회수하기 위해서는 분리 회수공정의 개발이 필수 조건인데 일반적인 막에서의 기체의 분리는 기계적인 압력차를 이용하게 되는데, 이와는 달리 전기화학을 이용하는 방법이 제안이 되었으며, 전기화학적 막 분리는 이온교환막을 이용하므로 전위차를 구동력으로 하므로, 에너지 소모가 적고 선택도가 뛰어나며 희박한 기체의 선택적 분리에 효과적이나, 전기화학적으로 활성을 지닌 기체만이 분리가 가능하다는 제약이 있다. 이러한 전기화학적 막 분리법에서 효과적으로 기체를 분리하기 위해서는 값싸고 이온교환 능력 및 물리적 강도가 뛰어난 이온교환막의 개발과 함께 전극구조의 개선에 관한 연구와 함께 값비싼 백금 촉매를 대신할 수 있는 여러 가지 촉매의 개발에 관한 연구가 진행되고 있다. 양이온 교환막 연료전지를 이용하는 전기화학적 막 분리에 의한 수소의 분리는 anode로 공급되는 기체 혼합물중 수소가 anode전극에서 산화반응을 통하여 H이온이 된 후, 양이온 교환막을 통하여 cathode로 이동하고 환원 반응을 거쳐 다시 수소로 생성되는 반응 메카니즘을 거치게 된다. 본 연구에서는 Nafion 112와 115막에서의 기체의 투과 특성을 조사하였다. |
