지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 정은상
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수15
이 논문의 연구 히스토리 (2)
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
현재 화석연료를 기반으로 하는 산업사회에서 화석연료 사용에 따른 환경오염 문제는 더 이상 좌시할 수 없는 위협이 되고 있으며, 이에 대한 대안으로 청정에너지원인 수소를 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 화석연료에 의한 온실가스 배출 및 환경오염이 상대적으로 심한 운송 분야는 청정에너지원으로 대체 시 온실가스 저감 효과가 뚜렷하게 나타날 수 있는 분야로서 수소차 보급을 목표로 정책 및 기술 개발이 이뤄지고 있으며, 수소차 외에도 모빌리티 및 운송 분야에서 수소 사용처가 다변화되고 있다. 이산화탄소 Net Zero Emission 달성을 위해 다양한 형태의 수소 생산방법이 연구되고 있으나, 경제적·기술적 한계로 향후 십수 년 이상은 화석연료 개질을 통해 수소를 생산해야 할 것으로 예상된다.
현재까지 생산되는 수소 대부분은 메탄의 증기개질을 통해 이뤄지고 있다. 메탄 증기개질을 위해 고온의 환경조성이 필요하여 온도관리가 힘들며, 시스템 대형화에 적합하게 설계되어 있어 소형화되고 다변화되어가는 모빌리티에 적용하기 힘들다. 또한 가장 큰 문제로 원료가 상온에서 가스 형태로 관리 및 보관이 어렵다는 단점이 있다.
이러한 단점 때문에 상온에서 액체 상태로 보관 및 관리가 상대적으로 간단한 메탄올이 그 대안으로 각광받아 연구되고 있다. 메탄올은 다른 촉매에 비해 상대적으로 저렴한 금속인 구리를 그 기반으로 하고 있고, 증기개질에 필요한 온도가 200 ℃ ~ 300 ℃로 낮으며, 탄소 침착이 적고 다른 원료를 사용한 방법에 비해 생산되는 수소 조성이 높은 장점이 있다. 또한 모빌리티 적용을 위해 일반적으로 많이 사용되는 연료전지의 피독 물질인 일산화탄소가 적게 나와 간단한 설비로 고순도의 수소를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
메탄올 증기개질은 연구개발이 많이 진행된 분야이지만, 현재 운송 목적 및 다변화된 시스템 적용을 위한 최적화된 생산 방식은 아직 연구개발이 더 필요한 상태이며, 기존 상용 촉매의 경우 상세 제법의 비공개로 촉매 전처리 및 제작 과정에 대한 특성 파악이 어려운 문제가 있다.
이에 본 연구에서는 메탄올 증기개질의 모빌리티 적용 및 다변화되어가는 시스템 적용을 위해 Cu/ZnO/ZrO2/γ-alumina 기반 촉매의 CO 농도 저감 및 CO2 선택도 증가 특성 최적화 연구의 일환으로 Cu, Zn, Zr의 조성 변화에 대한 영향과 지지체의 산·염기 전처리에 대한 영향, 함침 단계 중 소성의 영향으로 나타나는 로딩 특성에 관해 연구하였다.
연구 결과 CO 농도를 감소시키며, CO2 선택도를 증가시키고, 중량 특성이 개선되는 Cu, Zn, Zr의 최적 조성비는 2:1:1.5로 나타났으며, 전처리 되지 않은 촉매에 비해 산·염기로 전처리 된 촉매에서 CO 농도 감소 및 CO2 선택도 증가 특성이 우수하였고, 염기 전처리의 경우가 산 전처리에 비해 그 특성이 더 우수하였다. 또한 각 단계별 소성을 통해 로딩 중량 특성을 개선할 수 있는 것으로 나타났다.
따라서 본 연구에서 도출된 결과를 토대로 메탄올 증기개질 시스템의 모빌리티 적용 및 다변화된 시스템 적용촉매 제작이 가능할 것으로 판단된다.
현재까지 생산되는 수소 대부분은 메탄의 증기개질을 통해 이뤄지고 있다. 메탄 증기개질을 위해 고온의 환경조성이 필요하여 온도관리가 힘들며, 시스템 대형화에 적합하게 설계되어 있어 소형화되고 다변화되어가는 모빌리티에 적용하기 힘들다. 또한 가장 큰 문제로 원료가 상온에서 가스 형태로 관리 및 보관이 어렵다는 단점이 있다.
이러한 단점 때문에 상온에서 액체 상태로 보관 및 관리가 상대적으로 간단한 메탄올이 그 대안으로 각광받아 연구되고 있다. 메탄올은 다른 촉매에 비해 상대적으로 저렴한 금속인 구리를 그 기반으로 하고 있고, 증기개질에 필요한 온도가 200 ℃ ~ 300 ℃로 낮으며, 탄소 침착이 적고 다른 원료를 사용한 방법에 비해 생산되는 수소 조성이 높은 장점이 있다. 또한 모빌리티 적용을 위해 일반적으로 많이 사용되는 연료전지의 피독 물질인 일산화탄소가 적게 나와 간단한 설비로 고순도의 수소를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
메탄올 증기개질은 연구개발이 많이 진행된 분야이지만, 현재 운송 목적 및 다변화된 시스템 적용을 위한 최적화된 생산 방식은 아직 연구개발이 더 필요한 상태이며, 기존 상용 촉매의 경우 상세 제법의 비공개로 촉매 전처리 및 제작 과정에 대한 특성 파악이 어려운 문제가 있다.
이에 본 연구에서는 메탄올 증기개질의 모빌리티 적용 및 다변화되어가는 시스템 적용을 위해 Cu/ZnO/ZrO2/γ-alumina 기반 촉매의 CO 농도 저감 및 CO2 선택도 증가 특성 최적화 연구의 일환으로 Cu, Zn, Zr의 조성 변화에 대한 영향과 지지체의 산·염기 전처리에 대한 영향, 함침 단계 중 소성의 영향으로 나타나는 로딩 특성에 관해 연구하였다.
연구 결과 CO 농도를 감소시키며, CO2 선택도를 증가시키고, 중량 특성이 개선되는 Cu, Zn, Zr의 최적 조성비는 2:1:1.5로 나타났으며, 전처리 되지 않은 촉매에 비해 산·염기로 전처리 된 촉매에서 CO 농도 감소 및 CO2 선택도 증가 특성이 우수하였고, 염기 전처리의 경우가 산 전처리에 비해 그 특성이 더 우수하였다. 또한 각 단계별 소성을 통해 로딩 중량 특성을 개선할 수 있는 것으로 나타났다.
따라서 본 연구에서 도출된 결과를 토대로 메탄올 증기개질 시스템의 모빌리티 적용 및 다변화된 시스템 적용촉매 제작이 가능할 것으로 판단된다.
목차
I. 서론 11.1 연구 배경 11.2 연구 동향 111.2.1 수소 생산 방법 및 특성 111.2.2 메탄올 증기개질 181.3 연구 목적 20II. 이론적 배경 212.1 메탄올 증기개질 반응특성 및 경로 212.2 메탄올 증기개질의 Cu, Zn, Zr의 역할 262.3 GC, XRD, TPR, SEM 30III. 연구내용 및 방법 353.1 실험 조건 및 반응 실험장치 구성 353.2 SEM-EDS, XRD, TPR 분석 조건 393.3 반응기 413.4 촉매 제조 45IV. 결과 및 고찰 484.1 촉매 제조 결과 484.1.1 제조 촉매와 상용 촉매의 비교 504.2 함침 조성 변화에 대한 결과 524.2.1 함침 조성 변화 : SEM-EDS 524.2.2 함침 조성 변화 : XRD 584.2.3 함침 조성 변화 : TPR 604.2.4 함침 조성 변화 : 증기개질 634.3 지지체 산·염기 전처리 결과 664.3.1 지지체 산·염기 전처리 : SEM-EDS 664.3.2 지지체 산·염기 전처리 : XRD 704.3.3 지지체 산·염기 전처리 : TPR 714.3.4 지지체 산·염기 전처리 : 증기개질 724.4 함침 과정 로딩 특성 결과 744.4.1 함침 과정 로딩 특성 : SEM-EDS 744.4.2 함침 과정 로딩 특성 : XRD 814.4.3 함침 과정 로딩 특성 : TPR 824.4.4 함침 과정 로딩 특성 : 증기개질 84V. 결론 86참고문헌 88Abstract 97감사의 글 99
최근 본 자료
댓글(0)
0