MEMS 기술을 이용한 메탄올 - 과산화수소 자열 개질 반응

Abstract

자열 개질을 이용한 온보드 시스템에서의 수소 발생기 개발 및 성능 평가를 수행하였다. 연료전지의 경우에는 현재 휴대용 장치의 대체 에너지원으로 많은 각광을 받고 있다. 이러한 연료전지 시스템에서 가장 어렵고 중요한 점이 수소의 저장 및 처리 방법이다. PEM 연료전지의 경우에는 높은 파워를 얻을 수 있으나 적용하기에는 가스상태의 수소가 필요하므로 많은 기술적인 문제점이 존재한다. 탄화수소 계열의 연료의 경우에는 높은 에너지 밀도를 가지므로 휴대용 시스템에 적용하기 쉽다. 그러므로 액체 상태의 연료로부터 수소를 생산하는 개질기 개발이 파워 시스템에서 가장 중요한 역할을 한다. 특히 메탄올은 낮은 끓는점을 가지므로 연료로 사용하였다. 이러한 개질 과정으로는 수증기 개질, 부분 산화 반응 및 자열 개질 반응이 있다. 기존의 개질기는 수증기 개질을 사용하였기 때문에 열을 공급하기 위한 촉매 연소기나 열을 발생하기 위한 다른 장치가 필요해 진다. 자열 개질 반응은 수증기 개질 반응과 부분 산화 반응의 결합으로 이뤄진다. 이러한 자열 개질의 열평형은 수증기 개질과 부분 산화 반응을 통해 통제가 가능하다. 자열 개질 반응의 경우에는 외부 열원이 필요 없으며 비교적 높은 효율을 가지는 작고 간단하고 작은 반응기로 사용이 가능하다. 자열 개질은 외부에서 공기를 공급받은 산소가 필요하게 되고, 공기에 포함되어 있는 질소로 인하여 수소함량이 낮아지게 된다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 과산화수소 분해를 이용한 자열 개질 반응에 대하여 연구를 수행하였다. 과산화수소 분해에서 나온 열은 메탄올을 기화시키고 또한 자열 개질에 필요한 열을 충분히 공급하게 된다. 자열 개질에서 필요한 공기 및 수증기는 과산화수소의 분해로 나오는 수증기와 산소로 외부의 펌프가 필요 없이 대체할 수 있게 된다. Cu/ZnO 촉매를 이용하여 과산화수소 분해 및 자열 개질 반응을 수행하였다. 특히 높은 세공성 물질이며 열에 안정한 γ-알루미나를 이용하여 함침법을 이용하여 촉매를 제작하였다.