디메틸에테르 혹은 메탄올의 플라즈마 분해에 의한 수소 제조

Abstract

대기압 미소방전에 의하여 생성된 비평형플라즈마는 화학반응을 빠르게 일어나도록 할 수 있고, 진공 플라즈마에 비해 적은 에너지로 낮은 온도에서 값싸게 생성할 수 있기 때문에 다양한 산업적 응용을 위한 강력한 도구로 대두되고 있다. 화석연료를 분해하면 수소가 생성되는데, 본 연구에서 미소방전은 DME 또는 메탄올을 분해하기 위한 도구로서 사용되었다. MBME(Microcorona-discharge Between Mesh Electrodes)는 10W미만의 전력을 소모하는, 20kHz 교류전원, 10kHz 펄스전원, 20kHz 펄스전원 등의 다양한 전원을 이용하여 방전을 형성할 수 있었다. 연료 가스는 1mm 간극으로 평행하게 위치한 두 개의 SUS메쉬 전극을 통과하는 방향으로 주입하였다. 방전의 균일성은 메쉬의 사이즈에 민감하여 각 방전 기체에 맞는 메쉬 사이즈를 사용하였다. 메탄올의 경우 20kHz AC 전원을 사용하면 방전 소모 에너지 100J당 약 9ml의 수소를 생산할 수 있는데 반하여, DME는 20kHz AC 전원을 사용하면 방전 소모 에너지 100J당 약 54ml의 수소를 생산할 수 있었다. 이때 생성된 수소와 일산화탄소 혼합가스로부터 순수한 수소를 분리해내기 위하여 전기화학적 수소 펌프를 사용하였다. 수소 펌프의 산화전극촉매로는 팔라듐(Pd)과 은(Ag)의 합금을 사용하였으며 전극의 극성을 1분 간격으로 교체하여 CO흡착의 영향을 배제시켰다.