백금계 촉매 개발해 가열과정 생략 … 소형화 및 코스트 절감 실현
화학뉴스 2015.03.05
일본 지구환경산업기술연구기구(RITE)와 치요다화공건설(Chiyoda Corporation)이 수소 탈수소막을 이용해 수소를 분리하는 MCH(Methylcyclohexane) 탈수소 프로세스를 공동 개발했다.
양사는 중․소형 연료전지용 수소를 공급할 계획이다. 신규 개발하고 있는 탈수소 Membrane Reactor(MR)를 사용함으로써 기존 방식에 비해 소비전력을 대폭 절감할 수 있을 것으로 기대되고 있으며 2016년에 실용화 검토에 들어갈 예정이다. MCH는 수소 캐리어로 주목받고 있으며 각 이용 단계에서의 프로세스 개발이 추진되고 있다. 이 프로젝트는 신에너지․산업기술총합개발기구(NEDO)의 위탁사업인 <수소이용 등 첨단 R&D사업 및 에너지 캐리어 시스템 조사․연구>의 일환으로 실시되고 있으며, 상업건물 및 사무건물에 설치하는 분산전원용 수소 생산장치를 개발할 계획이다. ![]() MCH는 열을 가하면 흡열반응을 일으켜 톨루엔(Toluene) 1개와 수소분자 3개로 분리된다. 치요다화공건설이 고효율 탈수소 촉매를 개발하고 있지만 300-400도로 가열하는 과정이 필요한 상태이다. 양사는 이러한 문제를 개선하고자 MR을 사용해 수소를 분리하는 탈수소 프로세스를 개발하고 있다. 양사가 개발하는 프로세스는 평균반응으로도 수소를 분리할 수 있기 때문에 톨루엔의 수소화 프로세스도 동시에 진행할 수 있다. MCH를 탈수소해 발생한 수소를 선택적으로 골라냄으로써 톨루엔과 수소 결합이 발생하지 않아 MCH의 생성을 막기 때문에 탈수소 프로세스만 진행하는 것이 가능하다. RITE이 고안한 MR은 스텐레스 튜브에 MCH와 탈수소 촉매를 채워 넣고 그 안에 실리카 막으로 만든 튜브 형태의 수소분리막을 설치하는 형태로 구성된다. 수소분리막은 수소만 선택적으로 투과시키기 때문에 MR 내부에서는 MCH의 탈수소 반응만 일어나게 된다. 탈수소촉매는 치요다화공건설이 개발한 백금계촉매를 채용할 가능성이 높은 것으로 알려졌다. MR을 사용해 탈수소 프로세스를 구축하게 되면 250도 이하로 온도를 낮출 수 있을 것으로 기대되고 있다. 400도가지 온도를 높이려면 열촉매가 필요하지만 250도는 증기만으로 가열이 가능하고 잉여증기를 통한 코스트 절감도 기대된다. 분리막 방식을 사용하면 흡착법 등 경합기술과는 달리 시스템을 소형화할 수 있다. RITE는 수소 양산기술을 확립하기 위해 MR 튜브의 길이를 늘이고 복수의 MR을 모듈화 하는 방안을 검토하고 있으며, 치요다화공건설은 시스템화 및 경제성을 검토하고 있다. 양사는 2015년까지 가능성 평가를 완료하고 2016-2017년 제2기 계획을 통해 대형시험장치를 사용한 프로세스의 실용화 여부를 검토할 예정이다. MCH는 수소 캐리어로 주목받고 있으며 제조기술 및 대량수송기술과 함께 수소 스테이션용 탈수소기술, 직접형 수소연료전지기술에 활용하기 위한 연구․개발이 추진되고 있다. 표, 그래프: < MCH 탈수소 MR의 구조 > <화학저널 2015/03/05> |
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