| 초록 |
지속되는 온실가스의 배출은 지구온난화를 야기하였으며 기상이변 및 해수면 상승을 가속화하고 있다. 이에 온실가스의 주범인 CO2의 배출 절감, 에너지화, 저장 및 제거 기술에 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다. 수성 가스 전환 반응(Water Gas Shift Reaction; WGSR)은 공업적으로 CO와 H2O을 통해 CO2와 H2를 제조 하는 공정인데, 이에 대한 역반응인 역수성 가스 전환 반응(Reverse Water Gas Shift Reaction; RWGSR)을 이용하면 CO2의 제거 및 에너지화가 가능하다. 그리고 이러한 RWGSR을 고온동시전해 반응에 접목하면 H2와 CO로 이루어진 합성가스를 생산 할 수 있고 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 공정을 통해서 다양한 탄화수소계의 연료 생산이 가능하다. 하지만 RWGSR는 열역학적으로 800℃ 이상의 높은 반응온도를 필요로 하므로 촉매 소재 선택의 폭이 좁고, 총 에너지 수지면에서 효율이 제한적이다. 이를 해결하기 위해 Pt, Au, Ag 등과 같은 촉매를 이용해 반응온도를 낮추고, 전환효율을 높이는 연구가 진행되고 있으나 이들을 상용화하기에는 매우 고가라는 한계를 갖고 있으므로 저비용이며 저온에서도 고활성을 갖는 RWGSR용 촉매 소재의 개발이 절실하다. 그러므로 본 연구에서는 산화철계 산화물에 oxygen storage 소재로써 gadolinia doped ceria (GDC)를 복합화하여 CO2 환원용 산화물 촉매 분말을 제조하였다. 촉매 반응 시 H2/CO2의 반응가스 비율을 각각 1과 3으로 달리하여 bed reactor에서 반응시켰다. 제조된 복합 산화물 촉매는 XRD (X-ray diffraction)를 이용해 결정상을 확인하였고, 450-700℃ 범위에서 반응된 가스 시료는 GC (gas chromatography)를 이용하여 촉매 활성도 및 장기 안정성을 분석하였다. 그 결과 Pt, Rh, Ru과 같은 귀금속류 촉매에 준하는 높은 CO2 환원 효율을 가지고 있음을 확인하였다. 산화철계 복합 촉매는 귀금속류 촉매와 견주어 경제성에 장점이 있으며, 향후 고온동시전해 뿐만 아니라 인공 광합성 분야에 환원 촉매로 널리 사용 될 수 있을 것으로 기대된다. |
