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중국과학원 칭다오(靑島) 생물 에너지 및 과정(過程) 연구소 연구팀이 공동연구를 통해 치밀화 세라믹 산소 투과막 반응기에서 메탄(methane) 수증기 개질 반응을 추진하였으며 생상된 수소의 분리를 실현함

천연 가스 개질(reform)을 통해 수소를 제조할 수 있지만 취득한 수소는 CO를 함유하고 있기 때문에 연료 전지 전기 촉매제 중독을 일으키는 단점이 있었음. 그러나 연구팀은 보기 드문 중합체 막과 제올라이트 막(zeolite membrane)과 달리 치밀화 세라믹 산소 투과막이 수소에 대한 분리 선택성은 100%에 도달하였으며 막의 다른 한 측에 CO를 완전히 포함하지 않은 수소를 취득할 수 있음. 세라믹 산소투과막 혹은 수소투과막을 기반으로 수소를 제조하는 기술의 핵심은 막 재료의 안정성과 침수 성능을 향상시키는 것인데 자주 사용하는 페로브스카이트(perovskite) 산소 투과막 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ의 중, 저온 침투 성능 감쇠되는 문제에 대해 협력연구를 진행하여, W 원소 도핑을 통해 고온 소결을 실행한 후 자체적으로 조립하여 단일 페로브스카트와 이중 페로브스카이트가 공존하는 복합 막을 개발하였음. 연구팀은 이번 연구개발을 통해 Fe와 W 2개 위상 간의 열 유도를 이용하여 상호 확산되며 복합 막 중 2개 위상의 화학 구성을 원 위치에서 제어 하고 페로브스카이트 구조를 안정시키며 관련 분해를 억제하여 산소 투과막의 안정성을 뚜렷하게 향상시킨다는 점을 입증하였음.

연구팀이 취득한 연구개발 성과는 전통적인 세라믹 막 재료가 수소 제조 조건 하에서 안정성이 떨어지는 난제를 해결하였다고 평가되며, 이번 연구는 세라믹 수소 투과막을 이용하여 천연 가스 개질 반응과 수소 분리과정을 접합하였고 1차적으로 피셔 트로프슈 합성(fischer-tropsch synthesis)에서 소요되는 합성 가스와 CO를 함유하지 않은 수소를 취득하엿으며 수소 제조 공업을 간소화하였고 청정 수소의 낮은 원가 및 효율적인 제조를 위해 새로운 아이디어를 제공하였음.

본 연구 성과는 iScience 등에 게재됨.