수소 분리 기술

수소 분리 기술
  • 수소 분리 기술 (차세대 기술)

  • 수소가스 분리 방식

    최근 산업계의 수소경제 이슈가 떠오르면서 지구상의 다른 물질과 융합하여 존재하고 있는 수소를 분리하는 기술(수소생산방법)이 주목 받고 있습니다.

    가장 일반적인 수소 분리기술로‘부생수소’, ‘천연가스 개질’, ‘물 전기분해 (수전해)기술’이 있으며 그래핀 물질을 이용한 분해처럼 아직 검증되지 않은 방법도 있습니다. ‘부생수소’란 석유 화학단지에서 나오는 수소 부산물에 산소를 더하여 전기화학 반응이 일어나게 하여 수소를 분리하는 방식입니다. ‘천연가스 개질’은 천연가스를 고온, 고압의 수증기로 분해하는 방법으로 세계 수소 생산의 절반 이상을 차지하고 있습니다. 가장 경제적인 방식이지만 이산화탄소 배출이 많은 것이 단점입니다. 부생소소와 천연가스 개질은 산업분야에서 사용되고 있지만 인체 호흡에는 적합하지 않습니다.

    호흡에 적합한 물 전기분해(수전해)기술은 고분자 전해질 방식과 알칼리전해질 방식이 있습니다. 이중 고분자 전해질(PEM Proton Exchange Membrane. 양성자 교환막 이라고도함)방식이 병원과, 가정에서 수시로 수소를 발생시켜 호흡하는데 가장 안전합니다. 멸균 증류수에 전기분해 촉매 첨가물을 전혀 넣지 않고 순수 백금 촉매제로 분리, 순도99.9%의 수소를 호흡할 수 있기 때문에 가격이 비싼 단점이 있지만 미래 발전 가능성이 높은 기술로 인정받고 있습니다.

    반면 알칼리 전해질 방식은 비교적 오래된 기술로 전해질 관리를 위해, 분해한 기체에서 냄새와 오염물질을 걸러주는 필터를 거쳐 수소를 공급합니다. 물에 전기분해 촉매제인 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화 칼륨을 투입하기 때문입니다. 수산화칼륨은 공업용 소금을 전기 분해한 가성소다이며 극약으로 강한 부식성이 있다고 알려져 있습니다. (출처 두산백과)

  • 첨단 고분자 전해질 (양성자 교환막 PEM) 기술

    건강을 위해 흡입하는 분자수소 기체는 순도가 최우선입니다. 산업용, 실험용으로 사용되고 있는 알칼리 전해질 방식의 수소분리 장치는 호흡용으로 적합하지 않습니다. 반드시‘고분자전해질 수전해 시스템(양성자 교환막 PEM)’의 기술로 분리되는 수소를 흡입해야 합니다.

    첨단 PEM 기술은 99.9995 % 순도의 수소를 발생 시킵니다.

  • 고분자전해질 수전해 시스템(양성자 교환막 PEM) 수소발생 원리

    이 시스템은 백금 촉매와 PEM (Proton Exchange Membrane) 기술을 사용하여 탈 이온수를 구성 부분으로 분리합니다. 양성자 교환막 (PEM)은 물과 양이온이 구획 사이를 교차하는 것을 허용하며, 또한 멤브레인은 셀의 전해질 역할을 함으로써 농축된 수산화 나트륨, 칼륨과 같은 위험한 액체 전해질이 필요 없어집니다.

    장치에 직류 전압이 인가되면 물은 양극 또는 산소 전극으로 공급되고 산소와 양성자로 산화되며 전자는 방출됩니다. 양성자 (H + 이온)는 PEM을 통과하여 수소 전극으로 이동하여 회로의 다른 쪽에서 전자를 만나고 수소 가스로 환원됩니다.

    반응식은 다음과 같습니다.

    1. 2H 2 O -> 4H + + 4E - + O 2
    (2) 4H + + 4E - -> 2H 2

    따라서, 장치의 유일한 성분은 수소, 산소 및 습기입니다.