수증기 플라즈마를 이용한 DME 개질의 최적화 방안 연구

Abstract

오늘날 세계 에너지 시장에서는 친환경 에너지에 주목하고 있다. 수소 에너지는 미래의 청정에너지원이며 무공해 에너지원 중 하나이다. 특히 수소를 이용한 연료전지 방식은 재생에너지의 유연성을 높여주고 장기간 에너지 저장 및 변환이 가능해서 화석 자원의 사용에 따른 환경문제와 자원의 고갈로 인한 에너지 문제를 동시에 해결할 수 있는 방법이다. 본 연구에서는 2.45 GHz의 전자파플라즈마 토치를 사용하여 청정 연료인 DME를 개질하여 수소를 생산하는 방안에 주목하였다. 개질반응이 이루어지는 가스화기에서 충분한 개질반응이 이루어질 수 있는지 온도를 확인하는 가스화기 히팅 테스트와 저온 조건(T3 = 1100℃), 저온 과산소 조건(T3 = 1100℃), 고온조건(T3 = 1376℃)에서 가스화 분석을 진행하였다. 가스화기 테스트 결과 약 1시간 가열 시 내부온도는 600℃이다. 최저 개질온도를 1100℃로 설정하였을 때 산소와 DME의 유량 조정과 추가 가열시간이 필요하다. 저온 가스화 분석을 통해 1100℃근처에서는 불안정한 개질 반응으로 인해 메탄이 발생하는 현상이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 저온 과산소 가스화 분석은 저온 가스화 분석과 비교하였을 때 수소는 적으나 이산화탄소는 많은 것을 확인할 수 있었다. 고온 가스화 분석을 통해 1200℃이상에서는 메탄이 발생하지 않았고 약 1150℃부터 메탄이 발생하는 것을 알 수 있었다. 개질반응 시 온도가 높을수록 수소의 비율이 높아지나 CO 비율은 증가하는 것을 볼 수 있었다. 그러나 가스화기의 구조상의 문제로 인해 열손실과 개질의 문제가 확인되었다. 가스화기 개선을 통해 불완전한 연소를 줄여 높은 수율의 수소를 얻고 일산화탄소, 메탄과 같은 기체는 낮춰야할 필요성이 있다.