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유영우(Young-Woo You),임민택(Mintaek Im),허일정(Iljeong Heo),장태선(Tae-Sun Chang),이진희(Jin Hee Lee) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11
에탄에 의한 이산화탄소 개질반응(CO2 reforming of ethane, CRE)은 셰일가스와 온실가스인 이산화탄소를 활용해 합성가스를 생산하는 주요 반응 중 하나이다. 지금까지 CRE 연구는 주로 저온 고성능 촉매 개발에 초점이 맞춰져 왔으나, 산업적 활용을 위해서는 고온 CRE 촉매 개발이 필수적이다. 하지만 고온에서는 에탄이 열분해되기 때문에 이를 고려한 새로운 촉매 설계가 필요하다. 본 연구에서는 고온 CRE 반응에서 지지체의 영향을 분석하기 위해 Ni/Al₂O₃, Ni/MgAl₂O₄, Ni/MgO 촉매를 이용해 800℃에서 CRE 반응을 수행하였다. Ni/MgAl₂O₄와 Ni/MgO 촉매는 높고 안정적인 성능을 나타냈지만, Ni/Al₂O₃ 촉매는 반응 초기부터 성능이 급격히 감소했으며 반응 후 다량의 탐소침적이 관찰되었다. 다양한 특성 분석을 수행한 결과, Ni/Al₂O₃ 촉매의 급격한 비활성화 원인은 지지체 산점에서 C₂H₄이 쉽게 분해되어 탄소를 형성하고 이것이 Ni표면을 막기 때문인 것으로 나타났다. 지지체의 산점을 억제하기 위해 Al₂O₃에 Mg을 도핑한 지지체를 제조하였고, 이를 이용하여 고온 CRE반응을 수행했다. 그 결과, Mg 도핑 함량이 증가할수록 촉매 비활성화는 감소하였고 탄소침적은 억제되는 것을 확인하였다. 상기 결과들을 통해, 고온 CRE반응의 촉매설계에 있어서 지지체의 산점을 억제하는 것이 매우 필수적인 요소라는 사실을 알 수 있다.