| 초록 |
최근 들어 국내 및 세계시장에서 수소 수요는 석유화학 공업 분야에서 석유 공급 구조의 중질화 및 엄격한 환경 규제 등의 이유로 Hydro-cracking, Hydro-refining, Hydro-treating 등 수소를 사용하는 공정들이 도입됨으로 인해 날로 증가하고 있다. 또한 연료, 반도체 제조, 금속의 열처리 등의 새로운 분야에서도 수요가 창출되고 있어 장기적으로 수소 수요는 더욱 급증할 것으로 기대된다. 우리나라의 경우 급속한 공업화의 추진에 따라 다량의 수소를 함유한 부생 가스의 생산은 늘고 있으나 현재 이 부생 가스들은 대부분 부가가치가 낮은 연료로 사용되거나 대기 오염 방지적 차원에서 flare stack에서 태워져 버려지고 있는 상태이다. 즉 자원이 부족함에도 한 쪽에서는 값비싼 납사와 많은 에너지를 사용하여 복잡한 반응과 분리 정제 과정을 통해 수소를 제조하여 사용하고 있으며 다른 쪽에서는 다량의 수소를 함유한 부생 가스를 태워 없애고 있는 것이 우리나라의 현실이다. 따라서 부생 가스로부터 수소를 회수하여 필요한 공정에 사용하는 것이 절실히 요구되고 있는데 이를 위해서는 경제적인 수소 분리 정제 기술의 개발이 필수조건이다.부생 가스로부터 고부가가치가 있는 수소를 회수하여 이용하기 위해서는 분리 회수 공정의 개발이 필수 요건인데 기존의 기계적인 압력차를 이용하는 막분리법으로는 고순도의 수소를 얻기 힘들고 장치 투자비기 비싸다는 단점들 때문에 전위차를 구동력으로 하는 전기화학적 막분리법이 새로이 제안되고 있다. 전기화학적 막분리는 이온교환막을 이용하며, 선택성이 뛰어나며 희박한 기체의 분리에 효과적이어서 고순도 수소를 얻을 수 있다.고순도 수소(99.999%)의 수요는 1993년 2,400만 루베에서 1996년 3,300만 루베로 연평균 10%의 신장세를 보여왔다. 고순도 수소의 용도별 시장을 보면 석유화학 분야에서 약 1,200만 루베를 사용해 전체의 40%를 차지했고 전자/반도체 분야에서 30%, 식품 분야에서 20%, 금속 및 기타 분야에서 10%를 차지한 것으로 나타났다. 중순도 수소(75-99.9%)의 가격은 루베당 60-80원인 반면 고순도 수소는 현재 루베당 400-500원에 거래되고 있어 고순도 수소의 부가가치는 매우 높다. 게다가 석유제품의 고급화 추세에 의하여 고순도 수소의 수요가 더욱 늘어나고 있어 고순도 수소의 제조에 관심이 집중되고 있다.본 연구에서는 양이온 교환막 연료전지(PEMFC)로부터 응용되는 전기화학적 막분리 장치를 이용하여, H2/N2 혼합 가스로부터 다단계 공정에 의하여 고순도 수소를 분리하였다. 또한 단일 공정에서 얻어진 수소의 순도와 비교,검토하였다.
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