잠수함용 고분자전해질 연료전지 공급을 위한 수소생산시스템 적용에 관한 연구

Abstract

연료전지는 높은 효율과 친환경적이라는 이유로 차세대 에너지 발생장치로 주목받고 있다. 연료전지 공급을 위한 수소연료는 많은 수소원으로부터 얻는데 잠수함, 무인잠수정과 같은 수중추진용 연료전지는 수소저장합금을 통해 수소를 공급하고있다. 그러나 이 수소저장합금은 부피 및 질량대비 저장밀도가 낮고, 긴 충전시간, 운용상의 위험성 등 수소저장매체로서 많은 한계점을 가진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 수소저장매체로서 디젤연료를 제안하고자 하였다. 디젤 연료는 높은 에너지 저장밀도와 액체연료로서 수송 및 저장의 편의성, 군수적재 인프라 완비 등 많은 이점을 가진다. 하지만 고분자전해질 연료전지 공급을 위한 기존의 디젤개질 시스템은 일산화탄소가 연료전지 전극에 피독반응을 일으키므로 이를 10ppm 이하로 낮추기 위한 2단의 수성가스전환반응기(WGS)와 선택적산화반응기(PROX)를 포함한 3단의 CO제거공정이 필요했다. 특히 PROX 반응은 산소를 필요로 하기 때문에 수중환경에 부적합하며, 또한 강한 발열반응이므로 높은 쿨링부하를 요구하는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 수소만를 선택적으로 투과하는 수소분리막을 적용하여 CO제거공정을 1단으로 줄이고 순수한 수소를 생산하는 시스템을 제안하였다. 팔라듐 수소분리막은 차압에의해 투과하므로 시스템 전체에 압력을 형성시키기 위해 자열개질(ATR) 및 수성가스전환(WGS) 반응의 가압특성을 확인하고, 가압 디젤 개질가스에 대해 수소분리막 투과실험을 실시하였다.