열플라즈마를 이용한 이산화탄소의 분해

초록

최근 지구온난화의 주요한 원인 가스로 알려진 이산화탄소의 발생량을 국제적으로 규체하려는 움직임이 구체화되고 있다. 이에 화석연료의 최종 생성물로써 매우 안정한 화합물인 이산화탄소의 발생량을 줄이거나 대량으로 발생되는 이산화탄소의 처리및 전환에 관한 연구가 활발히 수행되고 있다. 이에 본 연구에서는 공정이 단순하고 단시간 안에 반응이 가능한 열플라즈마탕치를 이용하여 이산화탄소를 분해 처리할 수 있는 공정을 확립하고자했다. 대기압에서 300K부터 6,000K의 온도범위에대해 이산화탄소만의 단독 분해 그리고 수소, 메탄, 수증기 등을 첨가했을 경우에 대해 각각 열역학평형계산을 수행했다. 그 결과 이산화탄소의 단독 분해시 이산화탄소가 높은 온도인 2,200K까지도 안정하게 유지되는 것을 알 수 있었다. 그러나 메탄과 수증기를 첨가했을 경우에는 이산화탄소가 1,000K까지만 안정하게 유지되고 그 이상의 온도에서는 주로 일산화탄소와-합성가스-로 전환되는 것을 알 수 있었다. 대기압 열플라즈마를 이용한 이산화탄소 분해 공정의 최적 공정 변수를 알아내기 위하여 내경이 각각 다른 냉각관을 이용하였고, 플라즈마 발생가스인 아르곤의 유량 및 이산화탄소의 유량 그리고 첨가된 기체 등의 유량을 조절하면서 실험하였다. 실험 결과 열역학평형계산에서 예측한데로 냉각관의 내경이 작을수록 그리고 이산화탄소만의 단독 분해보다는 메탄 및 수증기 등을 첨가했을 때 이산화탄소의 분해율이 더 좋았다.