폐자원 유래 합성가스의 수소화 및 CO2 전환을 위한 Cu 기반 촉매·산소저장 소재 연구

Cu-Based Catalysts and Oxygen-Storage Materials for Waste-to-Hydrogen and CO2 Conversion

연구 내용

폐자원 유래 합성가스 및 CO2를 대상으로 Cu 기반 촉매와 산소저장 소재의 활성종을 제어하여 수소 생산과 전환 성능을 향상하는 연구

Cu 기반 촉매와 CeO2 계 산소저장 소재를 중심으로 고온 반응에서의 활성종 형성과 산화·환원 결합 거동을 제어하는 연구를 수행합니다. 스프레이 파이롤리시스, 볼 밀링/서페이턴트 도입 등 분산도 제어 공정과 열역학 기반 반응 조건 최적화 접근을 함께 적용합니다. 또한 XAFS 및 STXM과 같은 분석을 통해 산소 저장 용량 변화, Cu+/Cu2 같은 유효 활성종의 역할을 상관시키고, WGS·RWGS·개질 반응에서 전환성과 안정성을 평가합니다. 추가로 펄프 유래 유기 폐자원의 플라즈마 가스화에 대한 MHD–CFD 모사로 공정 설계 근거를 축적합니다.

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연구 흐름

2023년에는 방향족 탄화수소(STX 등)에서 증기개질 반응의 열역학적 한계를 근거로 수소 생산 가능 구간을 설정하고, 이후 WGS 반응에서 폐합성가스의 고온 적용 조건을 열역학 접근과 실험 최적화 관점에서 정리했습니다. 2024년에는 세리아 기반 산소 저장 성능이 Cu·Mg 첨가에 의해 강화되는 현상을 분석으로 검증하며, 반응 성능과의 상관을 구축했습니다. 이후 2024~2025년에는 스프레이 파이롤리시스 및 서페이턴트 도입으로 Cu 분산과 산소 결함을 동시 제어하고, CO2 수소화(RWGS)에서 활성종의 역할을 구체화했습니다. 2026년에는 플라즈마 가스화 기반 수소 생산을 수치해석으로 확장하는 흐름을 보입니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

고분산 Cu 촉매 수소 생산 공정
WGS 기반 합성가스 전환 최적화
RWGS 기반 CO2→CO 전환 공정
세리아 산소저장 소재 성능 향상
스프레이 파이롤리시스 연속 제조 활용
서페이턴트 보조 합성으로 분산 제어
XAFS·STXM 기반 활성종 규명
열역학 기반 운전창 도출
플라즈마 가스화 연계 수소 회수
MHD–CFD 모사 기반 반응기 설계