로터리킬른 기반 수소 생산 기술 개요

1. 왜 로터리킬른 기반 수소 생산인가

수소는 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않는 대표적인 청정 에너지원이다. 그러나 수소를 어떻게

안정적으로, 연속적으로, 산업적으로 생산할 것인가가 핵심 과제이다.

로터리킬른 기반 수소 생산 공정은 다음 질문에 대한 현실적인 해답을 제시한다.

• 고온 가스 반응을 연속 공정으로 만들 수 있는가

• 촉매 성능 저하(코킹)를 물리적으로 제어할 수 있는가

• 실험실이 아닌 현실 설비로 구현 가능한가

2. 전이금속 촉매의 역할을 아주 쉽게 설명하면

전이금속 촉매는 가스 분자와 전자를 잠깐 교환할 수 있는 금속 표면이다.

• 가스가 금속 표면에 닿으면

• 전자 교환으로 결합이 약해지고

• 수소가 분리되어 나온다

금속은 소모되지 않고, 표면에서 이 과정이 반복된다.

즉, 전이금속은 연료가 아니라 반응을 가능하게 하는 무대이다.

3. 촉매 성능을 좌우하는 4가지 조건

수소 생산 반응의 성능은 다음 네 가지가 동시에 맞아야 유지된다.

• 전자구조: 어떤 금속을 쓰는가 (Ni, Co, Fe)

• 표면 상태: 분말 크기, 표면 청정도, 탄소 피복 여부

• 온도: 반응이 일어나되 고착은 피하는 범위

• 가스: 종류, 농도, 흐름 속도

이 중 하나라도 무너지면 반응은 급격히 불안정해진다.

4. 로터리킬른 공정의 핵심 관점

일반적으로 수소 생산 공정은 “반응을 얼마나 많이 일으키는가”에 집중한다.

그러나 고체 생성물이 동반되는 반응에서는 관점이 다르다.

로터리킬른 공정의 핵심은

얼마나 잘 반응시키느냐보다
생성물을 얼마나 빨리 표면에서 떼어내느냐이다.

고체 생성물이 금속 표면에 오래 머무르면 촉매는 빠르게 성능을 잃는다.

5. 로터리킬른이 이 문제를 해결하는 방식

로터리킬른은 단순한 가열 장치가 아니라, 다음 기능을 동시에 수행한다.

• 회전: 촉매 표면에 전단을 주어 생성물 성장을 차단

• 낙하: 생성된 고체를 즉시 분리

• 이동: 고온 체류 시간을 짧게 유지

• 가스 흐름: 생성물을 출구로 바로 배출

이 구조 덕분에 반응과 분리가 한 장치 안에서 동시에 이루어진다.

6. 공정 레시피 예시 – 수소는 이렇게 만들어진다

아래는 실제 설비 적용이 가능한 현실적인 공정 예시이다.

6.1 메탄 열분해 기반 수소 생산

• 사용 가스: 메탄(CH₄) + 불활성 가스

• 반응 온도: 약 750 ~ 900 °C

• 반응 결과:

  • 수소(H₂)

  • 고체 탄소(C)

이 공정은 이산화탄소를 직접 배출하지 않으며, 고체 탄소는 별도로 회수된다.

6.2 암모니아 크래킹 기반 수소 생산

• 사용 가스: 암모니아(NH₃)

• 반응 온도: 약 650 ~ 850 °C

• 반응 결과:

  • 수소(H₂)

  • 질소(N₂)

암모니아는 이미 대량 유통되는 물질로, 수소 저장·운송 매체로서의 장점이 있다.

7. 왜 ‘현실적인 기술’인가

이 공정은 다음 이유로 실현 가능성이 높다.

• 고정층이 아닌 회전 구조로 촉매 수명 확보

• 연속식 구조로 산업 규모 확장 가능

• 진공·가스 분위기 제어 기술은 이미 검증됨

즉, 이론이 아닌 제작 가능한 장비 기반 기술이다.

8. 로터리킬른 기반 수소 생산의 장점 (요약)

• 촉매 표면이 지속적으로 재생됨

• 고체 생성물로 인한 공정 정지 위험 감소

• 수소 생산을 연속 공정으로 구현 가능

9. 한 줄로 정리하면

로터리킬른 기반 수소 생산은
촉매 반응과 생성물 분리를 동시에 해결하는
현실적인 수소 에너지 생산 기술이다.

당사 장비 사용처

- SK이노베이션

- 포스코홀딩스

- 이화여자대학교