폐기물에서 수소를 생산하는 친환경 촉매 개발
폐기물에서 수소를 생산하는 친환경 촉매 개발 벌집형 구조체를 이용한 촉매의 활성 및 안정성 향상
□ 합성가스에 수증기를 반응시켜 고순도의 수소를 생산하는 공정에 이용되는 기존 철-크롬 촉매는 효율은 높지만 유독물질인 크롬을 사용하고 있어 이를 대체할 친환경적 촉매개발 연구가 활발했다.
o 폐기물에서 얻어지는 합성가스는 약 38%의 일산화탄소를 포함하고 있어 연료전지 등으로 활용하려면 일산화탄소의 함량을 10ppm 수준까지 낮춰 수소의 순도를 높여야 한다. 때문에 합성가스를 고순도 수소로 전환시킬 촉매의 활성과 안정성이 관건이 된다.
□ 이에 연구팀은 크롬 대신 보다 친환경적인 구리를 적용한 벌집형 구조의 구리-철-알루미나 촉매를 개발했다.
o 크롬보다 독성은 적으나 활성이 낮은 구리의 단점을 지지체*로 쓰는 다공성 알루미나를 벌집형으로 설계함으로써, 반응가스가 촉매의 활성점에 고르게 전달되도록 하여 극복하였다.
* 지지체 : 촉매의 열적 안정성과 기계적 안정성을 돕고 활성물질을 지지하는 물질
o 이를 통해, 개발된 촉매는 기존 철-크롬 촉매보다 최대 4배 가량 활성이 높은 것으로 나타났다.
□ 벌집구조는 촉매의 활성 이외에도 내구성에도 영향을 미쳤다.
o 실제 기존 철-크롬 촉매의 경우 500oC에서 20시간 동안 활성이 10% 가량 감소하였으나, 개발된 촉매는 동일조건에서 1% 밖에 감소하지 않았다.
o 벌집구조가 철-구리간의 상호작용을 강화시켜 고온에서 뭉치는 구리의 특성을 완화함으로써 촉매의 구조적 안정성을 높인 것이다.
□ 한편 개발된 촉매는 수명이 비교적 길어 공정운영 측면에서도 유리하다는 설명이다.
폐기물의 합성가스에서 약 38퍼센트를 차지하는 것은 뭐야