팔라듐 이용해 수소생산 효율 높인다

2019.08.20 15:39
이신근 한국에너지기술연구원 에너지소재연구실 책임연구원 연구팀이 복합막 형태의 팔라듐 기반 수소 생산∙정제 기술을 개발했다. 한국에너지기술연구원 제공
이신근 한국에너지기술연구원 에너지소재연구실 책임연구원 연구팀이 복합막 형태의 팔라듐 기반 수소 생산∙정제 기술을 개발했다. 한국에너지기술연구원 제공

국내 연구팀이 금속인 팔라듐을 이용해 백금을 이용했을 때보다 높은 효율을 가진 수소생산 기술을 개발했다.


한국에너지기술연구원은 이신근 에너지소재연구실 책임연구원 연구팀이 복합막 형태의 팔라듐 기반 수소 생산∙정제 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.


현재 일반적으로 사용되는 천연가스 기반 수소생산기술은 촉매반응을 적용한 메탄 수증기 변환 방식을 사용한다. 수증기 변화에 의해 메탄은 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스로 전환된다. 분리 및 정제 공정을 거쳐 합성가스에서 고순도 수소를 생산한다. 하지만 기존 메탄 수증기 변환방식은 700~900도가 필요하며 이에 따라 열 내구성이 우수한 소재가 필요하다. 또 분리 공정과 정제 고정이 분리돼 있어 넓은 장소와 많은 설치 비용이 든다.


연구팀은 이런 단점을 해결하기 위해 기존의 메탄 수증기 변환 방식에 팔라듐 분리막을 활용했다. 팔라듐 분리막은 포일 형태의 분리막과 다공성지지체 위에 박막의 팔라듐을 코팅하는 복합막으로 나뉜다. 포일 형태의 분리막은 두께가 두꺼워 단가가 높고 수소 투과도가 낮다는 단점이 있는 바면 복합막은 팔라듐 두께를 얇게 형성할 수 있고 수소 생산 및 정제공정에 적용하기 위한 모듈화가 용이하다. 


연구팀은 ‘무전해도금법’이란 팔라듐 분리막 코팅 기술을 개발해 도금액 내 포함된 팔라듐을 기존보다 10%가량 높은 99.5%이상 활용할 수 있도록 했다. 연구팀은 “현재 판매되고 있는 팔라듐 포일막의 5분의 1 수준인 5μm(마이크로미터, 1μm는 100만 분의 1m) 이하의 두께로 코팅해도 우수한 수소 정제가 가능하다”고 설명했다. 연구팀이 개발한 생산·정제 기술은500~550℃에서 가동이 가능하며 별도의 정제 공정 없이도 합성가스 중 수소만을 선택적으로 분리할 수 있는 것으로 나타났다.


이 연구원은 “팔라듐 분리막 수소 생산∙정제 기술은 기존 화석연료 기반 수소 생산 방식에 접목해 반응효율을 증진시킬 수 있는 기술”이라며 “향후 재생에너지 및 친환경에너지원을 이용한 수소생산방식에서 효율 향상을 위해 쓰일 수 있다”고 밝혔다.

 

하지만 팔라듐은 최근 차량용 배기가스 정화장치 촉매제 필수 원료로 주목받으며 가격이 급상승하고 있다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘멤브레인 사이언스 저널’ 지난해 10월에 발표됐다.
 

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