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본 총설은 분리막기술이 적용된 수소생산에 대한 개론으로, 특히, 암모니아를 수소운반체로 이용하는 수소생산에 대한 연구결과를 중점적으로 서술하였다. 암모니아를 수소운반체로 적용한 수소생산은 추가적인 탄소생성이 없다는 점 외에 여러 측면에 있어 이점이 있다. 많은 연구들이 고순도 수소 분리 및 생산을 위한 분리막 개발을 위해 진행되고 있으며, 이들 중 팔라듐을 기본으로 한 분리막(예를 들어, 다공성 세라믹 또는 다공성 금속 지지체와 팔라듐 합금의 얇은 선택층으로 이루어진 분리막)에 대한 연구가 활발하다. 반면에, 효율적인 암모니아 분해를 위해서는 주로 루테늄 촉매가 적용되고 있으며, 루테늄과 지지체 및 촉진제로 이루어진 루테늄에 기반을 둔 촉매에 대한 연구발표가 다수 존재한다. 수소생산을 위한 분리막 반응기 형태로는 충전층, 유동층, 그리고 마이크로반응기 등이 있으며, 이들의 최적화 및 원활한 물질전달 연구는 현재진행형 이다. 또한, 높은 암모니아 분해율, 고순도 수소생산 및 높은 수소생산율을 얻기 위해 분리막과 촉매의 다양한 조합에 대한 연구 및 분리막과 촉매의 역할을 동시에 구현할 수 있는 분리막에 대한 연구가 발표되고 있다.
This review focused carbon-free hydrogen productions from ammonia decomposition including inorganic membranes, catalysts and the presently studied reactor configurations. It also contains general information about hydrogen productions from hydrocarbons as hydrogen carriers. A Pd-based membrane (e.g. a porous ceramic or porous metallic support with a thin selective layer of Pd alloy) shows its efficiency to produce the high purity hydrogen. Ru-based catalysts consisted of Ru, support, and promoter are the efficient catalysts for ammonia decomposition. Packed bed membrane reactor (PBMR), Fluidized bed membrane reactor (FBMR), and membrane micro-reactor have been studied mainly for the optimization and the improvement of mass transfer limitation. Various types of reactors, which contain various combinations of hydrogen-selective membranes (i.e. Pd-based membranes) and catalysts (i.e. Ru-based catalysts) including catalytic membrane reactor, have been studied for carbon-free hydrogen production to achieve high ammonia conversion and high hydrogen flux and purity.
Abstract
1. Introduction
2. Membranes for Hydrogen Separation
3. Catalysts for Ammonia Decomposition
4. Reactor Configurations
4.1. Packed bed membrane reactors (PBMR)
4.2. Fluidized bed membrane reactors (FBMR)
4.3. Membrane micro-reactors
4.4. Membrane technologies for carbon-freehydrogen production
5. Conclusions
Reference
