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개발동향

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개발동향 상세정보 게시판
분류 [친환경공정] 배출량저감최적화
과제명 첨단 계산화학기반 친환경 에너지원 생산공정을 촉매의 합리적 설계: 동시전기분해로부터 합성 탄화수소계 연료 생산까지
연구기관 서울시립대학교
연구기간 2016.05.01. ~ 2017.04.30.
연구비 46,761 천원
핵심키워드 친환경에너지, 합성가스 생산, Fischer-Tropsch 합성용 촉매, 합성 탄화수소계 연료
요약

연구목적 및 필요성

 O 본 연구진은 밀도범함수이론 (Density functional theory) 모델링을 비롯한 첨단 계산화학적 방법을 기반으로 재생연료순환 공정의 효율을 증대시키고 비용을 줄일 수 있는 친환경 촉매 소재를 그 근본 원리의 이해를 바탕으로 합리적으로 설계하고 개발할 것

 O 주된 연구의 범위는 고체산화물 수전해기의 연료극에 사용되는 금속/지지체 촉매와 이로부터 생산된 합성가스를 탄화수소계 연료로 전환시킬 수 있는 Fischer-Tropsch 합성용 촉매의 디자인 및 개발

 

연구 내용 및 범위

 O 고활성의 고온 동시 전기분해용 연료극 신규합금 및 지지체 촉매의 합리적 설계

  - 동시분해반응에 대한 촉매활성도 및 안정성 평가의 인자를 규명, 이를 기준으로 한 고활성/고안정성 신규이종합금촉매의 high-throughput screening을 수행

  - Screen된 촉매표면 위에서의 CO2, H2O의 분해경로, 메커니즘 및 반응에 미치는 전극 전위의 영향 규명

  - 선행연구의 결과들을 종합한 고활성/고안정성 촉매의 bottom-up 설계와 실험을 통한 검증

 O 합성가스의 연료 및 화학물질로의 변환을 위한 신규촉매 설계

  - 값싸고 황 피독에 대한 저항성과 고활성을 지닌 전이금속 카바이드 계열 촉매의 high-throughput screening을 수행

  - 선별된 촉매표면 위에서의 반응경로 및 메커니즘에 관한 연구를 통해 고활성/고선택성의 Fischer-Tropsch 합성 촉매 설계 및 개발

  - 금속과 산화물 또는 카바이드와의 접합 및 도핑 등을 통한 저비용/고효율 Fischer-Tropsch용 촉매 디자인

연구성과

연구결과

 O 단일금속에서의 흡착 세기를 통해 이종합금에서의 흡착 세기를 예측하면, 보다 더 적은 리소스를 이용하여 촉매를 스크리닝할 수 있음

 O 본 연구에서는 계산화학방법을 이용하여 단일금속에서의 흡착 세기와 이종합금에서의 흡착세기 사이의 상관관계를 밝혀내고 이에 대한 타당성을 검증하였음

 O 고온전기분해 시스템은 생성물은 선택성이 우수하며 전기에서 생성물로의 전환효율이 아주 높음

 O 본 연구에서, 수증기와 이산화탄소의 활성상태를 고려한 반응 경로를 통해 전이금속 촉매 표면에서 고온동시전기분해 반응에 대한 활성도를 예측할 수 있는 인자를 구하고, 이를 기반으로 촉매 물질을 빠르게 스크리닝 하였음

 O 촉매를 원하는 크기 및 모양으로 제작하는 기법은 특정 반응에 대한 그것의 활성 및 선택도를 변화시킬 수 있기 때문에 매우 중요함

 O 이에 따라 F-T반응을 포함한 다양한 반응에서 활성 증진 역할을 할 수 있다고 알려진 금속 촉매의 morphology를 조절할 수 있는 방안에대해 이론적으로 연구하였음

 

활용계획

 O 고체산화물 수전해기 및 Fischer-Tropsch 합성용 촉매소재와 관련된 새로운 이론, 원리 및 패러다임을 실험연구자들에게 제시하여 실험연구의 안내 및 촉진

 O 고체산화물 수전해기 및 Fischer-Tropsch 합성 효율의 극대화로 기존의 화력, 수력, 원자력 발전의 대체 에너지원으로서 우리나라의 에너지 수급 문제 해결에 활용

 O 친환경 대체 에너지원인 고체산화물 수전해기로부터 발생된 합성가스로부터 탄화수소계 연료를 생산함으로써 현재 커다란 사회적 이슈 중의 하나인 환경오염 문제의 해결에 기여

 

주요성과

 O 보고서 1

 O 논문 5

첨부파일 첨단계산화학기반친환경에너지원생산공정을촉매의합리적설계동시전기분해로부터합성탄화수소계연료생산까지.pdf
출처 국가과학기술정보센터
등록일 2020-04-15

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