수소 생산을 위한 상용 디젤 자열개질용 Pt-Ru 이종 금속 촉매에 관한 연구

Abstract

수소는 친환경적이며 에너지 밀도가 높아 미래에너지로 각광받고 있다. 수소를 생산하기 위한 방법으로 탄화수소 개질은 여러가지 장점을 가지고 있다. 특히 탄화수소 연료중, 디젤은 수소 함유량이 높고, 운반이 용이하며 사회기반시스템이 잘 갖추어져 있어 디젤을 이용하여 수소를 생산할 경우 수소의 생산, 저장, 운반에 대한 문제점을 해소 할 수 있다. 저탄화수소에 비해 디젤은 개질 시 촉매의 열화를 일으키기 쉬우나, 디젤 개질 촉매의 성능 열화에 대해서 아직까지 많이 알려진 바 없다. 탄소 침적, 고온에 의한 촉매의 표면 변형 등은 디젤 개질 시 촉매의 성능 열화를 일으키는 원인으로 알려져 있다. 디젤은 수백가지의 탄화수소로 이루어진 혼합물로서 긴 사슬의 파라핀과 방향족 탄화수소를 포함하고 있으며, 공명구조를 형성하고 있는 방향족 탄화수소는 탄소간 결합에너지가 강하여 분해 반응 속도가 느려 탄소침적을 가속화한다. 게다가, 고온에 노출된 촉매는 표면이 응집되어 활성점이 감소하게 된다. 본 연구에서는 Pt-Ru 의 이종금속 촉매를 개발하여 탄소침적과 소결에 의한 응집 현상을 억제하여 디젤 자열개질에서의 장기 내구성을 확보하고자 하였다. 실험에 사용된 촉매는 GNP 제법을 통해 합성이 되었다. 개질 가스 조성을 분석하여, 정의된 개질 효율의 감소 추이와 부생성물의 생성 여부를 통해 열화율을 판단하는 척도로 사용하였다.200시간 동안 개질 실험을 진행하였으며, 이종금속촉매는 성능 열화 없이 성공적으로 디젤 개질을 수행하였다. 장기 내구성이 향상된 원인을 파악하기 위해 사용 전 후의 촉매를 채집하여 TPR, TPO, TEM, CO chemisorption 의 촉매 분석을 실시하였다. 그 결과, 개발된 이종금속 촉매는 표면에서의 산화환원 반응성이 향상되어 탄소 침적을 효과적을 억제한 것을 관찰하였고, 활성 금속의 분산을 높여 더 많은 활성점을 확보하였음을 확인하였다.