태양열을 이용한 열화학적 물분해 수소 생산 및 이산화탄소 분해 탄소중립 연료 합성 연구

초록

지구상에 존재하는 다양한 금속산화물 중에서 특정 온도 영역에서 산화/환원 반응을 이용한 열화학적 사이클 반응은 일찍이 자동차의 배기가스 촉매 등에서 다른 목적으로 제시되고 사용된 바 있다. 최근에는 환경오염 과 에너지 수요문제를 해결하기 위한 다양한 노력으로 신재생에너지를 활용하여 수소의 생산하는 방법을 제시하고 있다. 신재생에너지 중에서 태양에너지는 무한한 에너지원으로 고온의 열원을 얻는데 쉬운 이점이 있기 때문에, 금 속산화물의 산화/환원 반응과 융합하여, 태양열을 통한 수소 생산이 가능하다. 금속산화물중에서 CeO2 및 Fe2 O4 등은 고온의 반응온도(1400O C 이상)에서 산소를 환원하고, 상대적인 저온에서 (1000OC)에서 물 또는 이산화탄소를 분해하여 산화반응을 통해 초기 상태로 돌아간다. 본 연구에서는 CeO2 계 금속산화물들을 집광된 태양열을 활용하여 열화학 싸이클 반응을 통해 수소 및 이산화탄소의 분해 연구를 소개하고자 한다. CeO2 의 반응성을 높이기 위한 전이 금속 도핑과 반응 온도/시간 등의 변수들을 통해 반응성 개선에 대한 연구 결과를 논의하고자 한다. 최종적으로는 열화학 싸이클을 통해 생산된 수소 및 이산화탄소는 반응 후처리를 통해 탄화수소계 합성연료의 합성이 가능하며, 탄소중립 연료 생산의 새로운 방법을 제시하고자 한다.