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연세소식

[연구 프론티어] 노현석 교수 · 장원준 박사 연구팀, 고온수성가스전이반응용 Fe-Al-Cu 촉매 개발 & 대용량 제조 성공

연세대학교 홍보팀 / news@yonsei.ac.kr
2019-07-09

노현석 교수 ·장원준 박사 연구팀,

고온수성가스전이반응용 Fe-Al-Cu 촉매 개발 & 대용량 제조 성공
폐기물 가스화 합성가스 맞춤형 촉매의 상용화 가능성 제시



미래캠퍼스 노현석 교수(환경공학부)와 장원준 박사 연구팀이 Fe-Al-Cu 촉매의 대용량 제조에 성공했다. 이로써 폐기물 가스화 합성가스 맞춤형 고온수성가스전이반응용 촉매의 상용화 가능성을 제시했다. 




빠른 경제 성장, GDP 상승에 따라 폐기물 발생량은 꾸준히 증가하는 추세다. 그러나 상당량의 폐기물이 대기 오염, 침출수 유출, 매립비 부족 등을 유발하는 전통적인 매립 방식으로 처리된다. 폐기물 에너지화 기술은 기존 폐기물 처리 방식의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 주목받고 있다. 해당 기술은 폐기물의 효율적인 처리 및 에너지 회수가 가능한 것이 장점이다. 


특히, 폐기물 가스화 기술은 유해물질을 고온에서 완전히 분해하여 무해화하는 기술이다. 또한 폐기물로부터 합성가스(주성분: CO, H2)를 생산하는 등 폐기물 에너지 자원 회수를 극대화할 수 있다. 합성가스 내 CO를 분리 용이한 CO2로 전환하고, 동시에 추가적인 H2를 생산하는 것이 고온수성가스전이반응이다. 폐기물 가스화 공정에 고온수성가스전이반응을 접목할 경우, 지속가능한 방식을 통해 저비용으로 수소 생산이 가능하다.  


고온수성가스전이반응에 사용되는 Fe/Cr 촉매는 천연가스의 개질반응으로부터 생산된 합성가스(CO농도: 약 10 vol%)에 초점을 맞춰 개발됐다. 폐기물 가스화 합성가스는 그에 비해 많은 양의 CO(약 40 vol%)를 함유한다. 때문에 기존의 상용 촉매(Fe/Cr)를 사용할 경우 CO 제거 및 H2생산 효율이 낮아질 수 있다. 또한 상용촉매 내 Cr은 환경·보건 문제가 있어 환경친화적인 물질로 대체가 필요하다. 따라서 활성도가 우수하며 Cr을 포함하지 않는 폐기물 가스화 합성가스의 고온수성가스전이반응용 신촉매 개발이 반드시 이루어져야 하는 상황이다.


연구팀은 이미 개발된 Fe-Al-Cu 촉매의 전구체 농도 최적화를 통해 우수한 성능으로 수소 생산이 가능한 고온수성가스전이반응용 촉매를 개발했다. 이를 통해 Fe-Al-Cu 촉매의 대용량 제조에 성공했다. Cr를 미함유한 환경친화적인 촉매로, 성능 저하 및 특성 변화 없이 높은 공간속도(40,057 mL·g-1·h-1)에서도 우수하고 안정적인 촉매 활성을 보였다. 


장원준 박사는 대용량 Fe-Al-Cu 촉매를 적용하여 폐기물 가스화 합성가스를 통한 수소 생산 공정의 상용화 가능성을 제시했다. 또한 자원 순환 이용확대, 환경 문제 해결, 매립지 주변 환경 개선과 더불어 수소차 보급 및 수소 공급 방식의 다양화를 통해 수소 경제 활성화 정책 달성에 기여할 수 있을 것이라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행했다. 해당 연구 결과는 환경공학 분야의 국제적 권위지인 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 인바이런멘탈(Applied Catalysis B: Environmental)’ 7월호에 소개됐다.


 

vol. 623

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