KR20230123721A - 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈 및 이를 이용한 수소 방출 시스템 - Google Patents

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박지훈
김수민
정관용
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Abstract

본 발명은 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈 및 이를 이용한 수소 방출 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유도 가열 방식을 도입하여 액체 유기 수소 운반체로부터 수소를 효율적으로 탈수소화시킬 수 있는 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈 및 이를 이용한 수소 방출 시스템에 관한 것이다.

Description

액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈 및 이를 이용한 수소 방출 시스템{Catalyst Module for Dehydrogenation Reaction Based on LOHC and Hydrogen Release System Using the Same}
본 발명은 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈 및 이를 이용한 수소 방출 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유도 가열방식을 도입하여 액체 유기 수소 운반체로부터 수소를 효율적으로 탈수소화시킬 수 있는 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈 및 이를 이용한 수소 방출 시스템에 관한 것이다.
화석연료의 매장량 감소, 연소 시 발생하는 오염 물질 및 이산화탄소로 인한 지구 온난화 등의 환경오염 문제가 심각하게 대두됨에 따라 대체 에너지 개발에 대한 전 세계적인 관심 및 수요가 폭발적으로 증가하고 있다.
대체 에너지원으로서 풍력, 조력, 지열, 수소 에너지, 태양에너지 등과 같은 신재생 에너지가 각광 받고 있는데, 해당 에너지원 각각 마다 장단점을 갖고 있다. 신재생 에너지는 시간 및 자연환경에 따른 에너지원의 불안정성으로 인하여 원활한 수요 및 공급이 곤란하므로, 종래의 화석 연료를 효과적으로 대체하기 위하여는 안정적으로 에너지를 공급할 수 있도록 잉여 에너지를 저장하고 공급하는 기술에 대한 개발이 필요하다.
이와 관련하여, 수소 에너지는, (i) 단위 질량당 가장 에너지 효율이 높고, (ii) 연소 시 물만 발생할 뿐, 다른 유해한 부산물이 없으며, (iii) 수소의 주된 공급원인 물은 자연에 풍부하며 사용 후 물로 전환되므로 재사용면에서 유리하고, 그리고 (iv) 수소를 연료로 사용하는 분산 전원으로 정밀산업 및 IT 산업경쟁력을 확보하는데 적합하기 때문에 특히 주목받고 있다.
더욱이, 수소는 태양에너지, 풍력 등과 같은 다른 신재생 에너지를 이용하여 생산할 수 있고, 다양한 에너지원뿐만 아니라, 다른 산업분야(예를 들면, 각종 석유화학 분야)에서도 광범위하게 적용될 수 있는 등, 국내외에서 미래의 핵심 에너지원으로 부상하고 있다.
일반적으로 수소 에너지의 연구 개발은 크게 수소의 제조 분야, 운반(수송) 분야, 및 저장 분야로 구분되는데, 수소는 질량 대비 에너지 저장 능력이 우수한 반면, 체적 대비 에너지 저장 능력은 낮기 때문에 수소를 효율적으로 저장하는 기술이 수소 에너지의 실용화에 가장 큰 장애 요인으로 작용하고 있다. 따라서, 최대한 가볍고 부피가 작은 저장 매체에 가급적 많은 양의 수소를 저장하고, 이를 효율적으로 방출하는 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
종래에는 주로 수소를 압축하여 고압탱크에 저장하는 방식이 채택되었으나, 이러한 고압 저장 방식은 수소의 폭발 위험성이 높고, 대용량으로 저장하기 곤란하다.
이에 대한 대안으로서 수소 저장능을 갖는 물질로서, 다양한 무기 물질, 무기-유기 복합체 등에 대한 연구가 진행 중이나, 최근에는 유기물, 구체적으로 액체 유기 수소 운반체(LOHC; Liquid Organic Hydrogen Carrier)를 이용한 가역적 촉매 수소화/탈수소화 반응에 의한 수소 저장 기술이 개발된 바 있다(특허문헌 0001 및 0002).
LOHC 기술은 낮은 압력 범위에서 운전할 수 있고, 저장 물질을 용이하게 재생할 수 있는 등의 장점을 가지고 있으며, 또한 액상 화석 연료의 장점인 취급성 및 높은 에너지 밀도로 인하여 기존의 액체 연료 수송 및 저장 인프라를 이용한 효율적인 수송 및 저장이 가능한 실용적인 수소 저장 시스템을 제공할 수 있다.
종래의 LOHC 기술의 경우, 귀금속 촉매를 알루미나, 탄소 등의 담지체에 함침하여 합성한 촉매 탈수소화 반응을 수행하고 있다. 하지만 이렇게 제조된 촉매는 담지체 표면에 금속을 도포하는 과정에서 발생하는 금속 촉매의 낮은 분산도, 반응 중 금속 촉매의 응집으로 인한 촉매 비표면적 감소, 금속 촉매와 담지체의 낮은 접합성으로 인한 물리적 탈리 등의 문제가 있으며, 이로 인하여 함침법으로 제조된 촉매는 낮은 활성과 물리적 내구성을 가진다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 신 촉매공정 개발이 필요하지만, 지금까지의 연구는 촉매 개발보다는 탈수소화 반응기 개발을 통해 반응속도를 향상시키고자 하였다. 그 이유는 LOHC 탈수소화 반응은 약 64k J/mol H2의 큰 반응열을 필요로 하는 반응이기 때문이며, LOHC 탈수소화 반응의 특성상 반응시 LOHC 대비 수십배 부피가 큰 수소가 발생하며, 이로 인하여 LOHC 탈수소화 반응에 필요한 열전달이 제한되어 반응속도를 저해하는 이슈가 부각되어 왔기 때문이다.
하지만, 최근 LOHC 시스템 실증이 활발하게 이루어짐에 따라 열전달 이슈를 극복할 수 있는 반응기의 실증이 많이 이루어지고 있으나, 여전히 LOHC 시스템에서의 탈수소화는 촉매 성분의 제한이나, 촉매의 내구성 등으로 인해 외부에서 가열하여 LOHC 내부의 촉매를 활성화시켜 수소를 탈착시키고 있어 LOHC 탈수소화 반응에 필요한 열에너지를 효과적으로 공급하는 시스템은 아직 개시되지 못한 상황이다(특허문헌 0003).
특히, LOHC 기술에서 사용되고 있는 액체 유기 수소 운반체들은 비열이 크기 때문에 외부 가열방식으로 액체 유기 수소 운반체를 가열할 경우 액체 유기 수소 운반체 전체를 가열해야 하므로 에너지 소비가 큰 동시에 탈수소 반응 온도와 액체 유기 수소 운반체의 끓는점이 유사한 경우에는 액체 유기 수소 운반체가 기화되어 반응 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한 수소가 저장된 액체 유기 수소 운반체에서 수소를 탈착시키는 탈수소화 반응은 흡열 반응이기 때문에, 외부에서 LOHC 탈수소화 반응에 필요한 충분한 열에너지를 공급하였다 하더라도, 흡열 반응으로 인한 촉매 표면 및 내부에서 온도가 떨어지는 한계점을 가지고 있어서, 필요 이상의 외부열을 공급하거나, 촉매의 효율이 떨어지는 이슈가 있었다.
따라서, 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응에서 촉매만을 선택적으로 가열시켜 에너지를 절약함과 동시에 고응답성을 지닌 효과적인 기술개발이 필요한 실정이다.
미국등록특허 제7901491호 (공개일 : 2009.10.01) 한국등록특허 제2338162호 (공고일 : 2021.12.10) 한국등록특허 제2332811호 (공개일 : 2021.10.07)
본 발명의 주된 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응에 있어서 저에너지로 촉매만을 선택적으로 유도 가열시켜 에너지를 절약함과 동시에 흡열반응 중에도 고응답성으로 촉매의 활성을 부여하여 빠른 반응속도로 탈수소화 반응을 수행할 수 있는 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈 및 이를 이용한 수소 방출 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는 인가 교류 전자기장에 응답하여 유도 가열할 수 있는 탄화물로 구성된 지지체부; 및 상기 지지체부의 내주면 및/또는 외주면에 형성된 촉매부;를 포함하고, 상기 탄화물은 MAX상 구조의 탄화물인 것을 특징으로 하는 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 MAX상 구조의 탄화물은 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[화학식 1]
Mn+1AXn
화학식 1에서, M은 Ti, V, Cr, Nb, Mo, 또는 Zr이고, A는 Al, Si, Ga, 또는 Sn이며, X는 탄소이고, n은 1 ~ 3이다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 MAX상 구조의 탄화물은 Ti2CdC, Ti2AlC, Ti2GaC, Ti2TlC, V2AlC, V2GaC, Cr2GaC, Ti2GeC, Ti2SnC, Ti2PbC, V2GeC, Cr2AlC, Cr2GeC, V2PC, V2AsC, TiSC, Zr2InC, Zr2TlC, Nb2AlC, Nb2GaC, Nb2InC, Mo2GaC, Zr2SnC, Zr2PbC, Nb2SnC, Nb2PC, Nb2AsC, Zr2SC, Nb2SC, Hf2InC, Hf2TlC, Ta2AlC, Ta2GaC, Hf2SnC, Hf2PbC, Hf2SC 및 Zr2AlC로 구성된 군에서 선택되는 211상 구조의 탄화물; Ti3SiC2, Ti3AlC2, Ti3GaC2, Ti3InC2, V3AlC2, Ti3GeC2, Ti3SnC2, Ta3AlC2 및 Zr3AlC2로 구성된 군에서 선택되는 312상 구조의 탄화물; 및 Ti4AlN3, V4AlC3, Ti4GaC3, Ti4SiC3, Ti4GeC3, Nb4AlC3 및 Ta4AlC3으로 구성된 군에서 선택되는 413상 구조의 탄화물;로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 지지체부는 콜게이트(corrugate), 플레이트(plate), 모노리스(monolith), 폼(foam) 및 메쉬(mesh)로 구성된 군에서 선택되는 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 촉매부는 촉매 활성성분을 포함하고, 상기 촉매 활성성분은 표준 주기율표상 ⅧB족 내지 IB족 금속원소 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속 또는 합금인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 촉매부는 촉매 담체; 및 상기 촉매 담체상에 담지된 촉매 활성성분;을 포함하고, 상기 촉매 담체는 Al2O3, CeO2, SiO2, TiO2 및 탄소계로 구성된 군에서 선택되며, 상기 촉매 활성성분은 표준 주기율표상 ⅧB족 내지 IB족 금속원소 중에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 촉매 활성성분은 촉매모듈 총 중량에 대하여, 0.5 중량% ~ 50 중량%로 담지되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 촉매부는 워시코팅법, 함침법, 스핀코팅법, 딥코팅법 및 증착법로 구성된 군에서 선택되는 방법으로 지지체부에 형성되며, 촉매부는 5 g/l 내지 150 g/l의 두께를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 상기의 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈을 내부에 포함하는 반응기 본체부; 및 상기 반응기 본체부의 촉매모듈에 교류 전자기장이 인가되도록 전류를 공급받아 교류 전자기장을 발생시키는 전도체부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 방출 시스템을 제공한다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예는 상기 전도체부는 전도성 코일(coil) 형태로, 반응기 본체부와 소정 간격으로 이격된 위치에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예는 상기 전도체부에 가해지는 전류장과 주파수를 조절하는 유도 가열 제어모듈; 및 상기 전도체부에 전류를 공급하기 위해 전도체부와 전기적으로 연결된 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈은 유도 가열이 가능한 MAX상 구조의 탄화물 구조체에 촉매부를 형성시킴으로써, 비열이 큰 액체 유기 수소 운반체에서 저에너지의 유도 가열을 통해 촉매만을 선택적으로 균일하게 가열할 수 있기 때문에 흡열 반응인 탈수소화 반응시에도 효율적으로 촉매를 활성화시킬 수 있어 에너지 절감 및 시스템의 소형화에 매우 유리하여 다양한 수소 방출 시스템에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈은 액체 유기 수소 운반체내에서 국부적으로 가열되기 때문에 기화된 액체 유기 수소 운반체가 다시 응축되므로 액체 유기 수소 운반체의 기화를 억제하여 촉매의 탈수소 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있고, 촉매부의 균일한 열 전달로 촉매 반응속도를 크게 향상시킬 수 있는 동시에 액체 유기 수소 운반체내에서 촉매부가 제형화된 탄화물에 존재함으로써 일반적으로 활용되는 유도가열 소재인 금속 소재보다 액체 유기 수소 운반체내에서의 촉매층의 탈리가 없어 촉매부의 수거 및 재사용이 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 방출 시스템의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 수소 방출 시스템의 탈수소화 반응 활성을 측정한 결과 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 수소 방출 시스템에서 탈수소화 반응 전의 촉매모듈 및 반응 후의 반응물을 측정한 이미지로, (a)는 비교예 1에서의 측정 이미지이고, (b)는 실시예 1에서의 측정 이미지이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다', '구성된다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
또한 위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다. 시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간 적 선후관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관관계로 함께 실시할 수도 있다.
본 발명은 일 관점에서 인가 교류 전자기장에 응답하여 유도 가열할 수 있는 탄화물로 구성된 지지체부; 및 상기 지지체부의 내주면 및/또는 외주면에 형성된 촉매부;를 포함하고, 상기 탄화물은 MAX상 구조의 탄화물인 것을 특징으로 하는 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈을 제공한다.
일반적으로 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응은 벤젠, 톨루엔, 나프탈렌, 바이페닐 화합물 등의 크기가 크고, 비열이 큰 불포화 탄화수소 화합물에서 반응이 진행되므로 촉매 반응에 있어서 열 전달 및 물질 전달이 매우 중요하다. 특히 상기의 불포화 탄화수소 화합물은 탈수소화 반응시 액체 상태로 존재하기 때문에 기체 상태의 반응에 비해 열 전달과 물질 전달의 중요성이 더욱 중요하므로 열 전달과 물질 전달이 용이한 지지체를 개발하는 것이 매우 중요하다.
따라서, 본 발명은 유도 가열이 가능한 MAX상(phases) 구조의 탄화물을 지지체부로 사용함으로써, 저에너지로 촉매의 열 전달이 용이하고, 표면적이 크면서 반응시에 촉매가 탈리되지 않고 안정한 형태로 구성될 수 있는 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈을 제공한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 방출 시스템의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈(100)은 지지체부(110) 및 촉매부(120)를 포함한다.
상기 지지체부(110)는 후술되는 촉매부(120)를 안정적으로 지지하는 동시에 상기 지지된 촉매부를 선택적으로 가열시키고 액체 유기 수소 운반체와 상기 촉매부가 균일하게 접촉되도록 MAX상 구조의 탄화물로 구성될 수 있다.
상기 MAX상 구조의 탄화물은 준 세라믹 특성의 M과, 상기 M과는 다른 금속원소 및 X의 탄소가 조합된 결정질로, 예시적인 일 구현예에서, 상기 MAX상 구조의 탄화물은 화학식 1일 수 있다.
[화학식 1]
Mn+1AXn
상기 화학식 1에서, M은 Ti, V, Cr, Nb, Mo, 또는 Zr이고, A는 Al, Si, Ga, 또는 Sn이며, X는 탄소이고, n은 1 ~ 3일 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 MAX상 구조의 탄화물은 예시적인 일 구현예로 각 원소 층이 육각형 모양으로 배열되어 쌓여있는 구조를 가질 수 있으며, 복수의 M 원소군층, X 원소군층 및 A 원소군층이 배열되어 적층된 구조를 가질 수 있으며, 상기 MAX상 구조의 탄화물은 M 원소군의 원자들은 고립된 구조를 가질 수 있고, X 원소군의 원자들은 팔면체 모양의 구조를 가질 수 있으며, A 원소군의 원자들은 이러한 M-X 다중층, 즉 (MXene) 층 사이에 끼어 있는 형태를 가질 수 있다.
일 예로, 상기 MAX상 구조의 탄화물은 211상 구조의 탄화물일 수 있으며, 예를 들어 상기 MAX상 구조의 탄화물 Ti2CdC, Ti2AlC, Ti2GaC, Ti2TlC, V2AlC, V2GaC, Cr2GaC, Ti2GeC, Ti2SnC, Ti2PbC, V2GeC, Cr2AlC, Cr2GeC, V2PC, V2AsC, TiSC, Zr2InC, Zr2TlC, Nb2AlC, Nb2GaC, Nb2InC, Mo2GaC, Zr2SnC, Zr2PbC, Nb2SnC, Nb2PC, Nb2AsC, Zr2SC, Nb2SC, Hf2InC, Hf2TlC, Ta2AlC, Ta2GaC, Hf2SnC, Hf2PbC, Hf2SC, Zr2AlC 등으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 물질일 수 있다.
또한, 상기 MAX상 구조의 탄화물은 312상 구조의 탄화물일 수 있고, 예를 들어 Ti3SiC2, Ti3AlC2, Ti3GaC2, Ti3InC2, V3AlC2, Ti3GeC2, Ti3SnC2, Ta3AlC2, Zr3AlC2 등으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 물질일 수 있다.
상기 MAX상 구조의 탄화물은 413상 구조의 탄화물일 수 있으며, Ti4AlN3, V4AlC3, Ti4GaC3, Ti4SiC3, Ti4GeC3, Nb4AlC3, Ta4AlC3 등으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 물질일 수 있다.
본 발명의 보다 바람직한 실시 양태에 따르면, 상기 MAX상 구조의 탄화물은 Ti3SiC2 및 Ti3AlC2로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
이와 같은 상기 MAX상 구조의 탄화물로 구성된 지지체부는 액체 유기 수소 운반체와 후술되는 촉매부의 접촉면을 넓힐 수 있도록 콜게이트(corrugate), 플레이트(plate), 모노리스(monolith), 폼(foam) 및 메쉬(mesh)로 구성된 군에서 선택되는 형상일 수 있으며, 이들의 제조는 공지된 제조방법으로 제조할 수 있다.
이때, 상기 액체 유기 수소 운반체로는 액체 유기 수소 운반체로 사용될 수 있는 공지된 액상 화합물이면 제한 없이 적용 가능하고, 일 예로 벤젠, 톨루엔, 나프탈렌, 바이페닐, 티오펜, 퀴날딘, 벤질톨루엔, 디벤질톨루엔, 페닐에틸나프탈렌, N-에틸 카바졸, 피페리딘, 메틸피페리딘, 메틸벤질피리딘 등일 수 있다.
한편 상기 MAX상 구조의 탄화물로 구성된 지지체부(110)는 내주면 및/또는 외주면에 촉매부(120)를 형성할 수 있다.
상기 촉매부(120)는 일 구현예로 액체 유기 수소 운반체로부터 탈수소화 반응을 효과적으로 활성화하기 위한 촉매 활성성분(121)을 포함할 수 있고, 다른 구현예로는 상기 촉매 활성성분(121) 및 상기 촉매 활성성분을 담지하는 촉매 담체(122)를 포함할 수 있다.
상기 MAX상 구조의 탄화물로 구성된 지지체부는 이종 이상의 금속 원소와 탄소가 공유 결합되어 있는 형태로, 일반적인 탄화물보다 열적 산화 안정성이 우수하며, 고온에서도 전기적 전도성 및 기계적 강도가 높은 특성을 가지고 있다. 이로 인해 유도 가열이 적용된 가혹한 액체 유기 수소 운반체의 탈수소화 반응에서 지지체로 보다 효과적으로 사용될 수 있으며, MAX상 구조의 탄화물 에칭 및 열처리 조건에 따라서 탄소 함유 다공성 구조물로 표면적이 넓고, 금속 분산도가 우수하여, 촉매 담체 없이 지지체부의 내주면 및/또는 외주면에 촉매 활성성분을 직접 담지할 수 있는 특징을 부여할 수 있다.
이때, 상기 촉매 활성성분으로는 비제한적으로, 표준 주기율표 상 ⅧB족 내지 IB족 금속원소 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속일 수 있으며, 일 예로 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 금(Au) 및 백금(Pt) 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 금속 또는 합금인 것이 바람직하며, 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 금(Au) 및 백금(Pt)과 이들의 합금인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 촉매부는 MAX상 구조의 탄화물의 장단점을 상호 보완할 수 있도록 상기 촉매 활성성분이 담지된 촉매 담체(122)를 포함할 수 있다.
상기 촉매 담체로는 당업계에서 촉매 담체로 사용되는 내화성을 갖는 다공성 무기 산화물일 수 있다. 예를 들면, 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 세리아(CeO2), 이산화티타늄(TiO2) 및 탄소계로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 상기 탄소계로는 탄소가 함유된 촉매 담체일 수 있으며, 일 예로 활성탄, 탄소섬유, 탄소튜브, 플러렌, 카본블랙 및 카바이드 계열 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이와 같은 상기 촉매부의 촉매 활성성분은 공지된 방법으로 지지체부 또는 촉매 담체에 담지시킬 수 있고, 이를 위하여 당업계에서 알려진 상기 촉매 활성성분의 염, 착체 등의 금속 전구체를 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 금속 전구체로서 수용성 염, 구체적으로 아세트산염, 질산염, 황산염, 탄산염, 수산화물, 할로겐화물, 이의 수화물 등을 예시할 수 있으며, 착체로서 아세틸아세토네이트 착체, 포스핀 착체 등을 예시할 수 있다. 이러한 금속 전구체는 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 특히 구체적으로는 질산염 또는 이의 수화물을 사용할 수 있다. 또한, 습윤 함침 또는 이온 교환을 위하여, 용매상에 금속 전구체를 함유하는 용액, 구체적으로 수용액 또는 유기 용액 형태로 적용될 수 있다.
일 예로서, 금속 전구체를 물에 용해시킨 수용액 형태로 지지체부 또는 촉매 담체와 접촉할 수 있다. 이와 같이 담지 과정에서 지지체부 또는 촉매 담체는 금속 전구체 용액과 소정 시간 동안 접촉하게 되며, 또한 담지(함침 또는 이온 교환) 온도는 상온에서 진행된다. 금속 전구체의 담지 후, 통상의 후속 절차, 예를 들면 수분 또는 용매의 제거를 위한 여과, 건조 및/또는 단계를 수행할 수 있고, 이때 건조 온도는 80 ℃ 내지 110 ℃에서, 소성 온도는 350 ℃ 내지 500 ℃에서 조절 가능하며, 건조 및 소성시 분위기는 산화 혹은 환원 가스를 활용할 수 있다. 이러한 건조 및 소성 조건은 예시적인 것으로 이해되어야 할 것이다.
이때, 상기 촉매 활성성분은 미세 금속 입자, 즉 금속 클러스터 형태로 지지체 상에 분산되어 있는 바, 이때 촉매 활성성분의 클러스터(입자) 사이즈는, 예를 들면 0.5 nm ~ 10 nm, 구체적으로 1 nm ~ 3.5 nm, 보다 구체적으로 1 nm ~ 2 nm 범위일 수 있다. 상기 촉매 활성성분의 클러스터 사이즈가 지나치게 클 경우에는 지지체부 또는 촉매 담체에 담지되는 금속의 분산도 저하로 인하여 반응 효율이 감소하는 한편, 지나치게 작은 경우에는 부반응 물질 및 고비점 물질의 생성을 증가시킬 수 있으므로 전술한 범위에서 조절되는 것이 유리할 수 있으나, 반응 조건 등에 따라 상기 수치 범위에서 다소 변경될 수도 있다.
또한, 상기 촉매 활성성분은 촉매모듈 총 중량에 대하여, 0.5 중량% ~ 50 중량%일 수 있으며, 1 중량% ~ 10 중량%인 것이 바람직하며, 1 중량% ~ 3 중량%인 것이 촉매의 활성측면에서 더욱 바람직하다. 촉매 활성성분의 함량이 0.5 중량% 미만일 경우 촉매 단위 면적당 촉매 활성을 나타내는 활성점이 충분히 나타나지 않으며, 50 중량% 초과할 경우에는 촉매 활성성분의 증가에 따라 나타나는 활성점의 증가분이 미미한 수준이어서 촉매 활성성분의 담지량을 증가시키는 것은 비경제적이다.
한편 상기 촉매 활성성분이 담지된 촉매 담체는 워시코팅법, 함침법, 스핀코팅법, 딥코팅법 및 증착법으로 구성된 군에서 선택되는 방법으로 지지체부에 형성되며, 촉매부는 5 g/l 내지 150 g/l의 두께를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 촉매부의 두께가 상기 범위를 벗어난 경우, 보다 구체적으로 촉매부 두께가 모노리스 열린 채널의 반직경 보다 두꺼운 경우 모노리스 채널을 촉매부가 막을 수 있어, 액체 유기 수소 운반체의 접근을 막아 촉매 활성을 저하시킬 수 있고, 상대적으로 얇은 경우에는 전환 반응에 참여하는 절대적인 촉매의 양이 결여되고 촉매부의 비표면적이 상대적으로 낮아지는 문제점이 발생될 수 있다.
이후, 지지체부에 형성된 촉매부는 환원 상태의 금속(즉, 금속 원소)으로 전환시키기 위하여 환원 처리단계가 수행될 수 있다. 이러한 환원 처리에 사용되는 기체로서, 수소, 일산화탄소 또는 이의 조합 등을 예시할 수 있고, 바람직하게는 수소를 사용할 수 있다.
상기 환원처리의 온도는, 예를 들면 250 ℃ ~ 700 ℃, 구체적으로 350 ℃ ~ 500 ℃, 보다 구체적으로 320 ℃ ~ 450 ℃일 수 있다. 이때, 승온 속도는, 예를 들면 약 1 ℃/min ~ 10 ℃/min, 구체적으로 약 4 ℃/min ~ 6 ℃/min 범위일 수 있다. 또한, 환원 처리 시간은, 예를 들면 1 ~ 10 시간, 구체적으로 1 ~ 2 시간 범위 내에서 정해질 수 있다.
환원 처리시 압력(환원 기체의 분압)은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 1 bar ~ 5 bar, 구체적으로 1.5 bar ~ 4 bar, 보다 구체적으로 2 bar ~ 3 bar의 범위일 수 있다. 또한 환원기체를 열처리 장치 내로 유동시키는(흘리는) 방식의 경우 환원기체의 흐름속도는, 예를 들면 50 sccm ~ 300 sccm, 구체적으로 100 sccm ~ 200 sccm 범위일 수 있다.
전술된 환원 처리조건은 예시적으로 이해될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같은 환원 처리를 통하여, 지지체부에 활성 금속이 환원 형태(즉, 원소 형태)로 담지된 촉매모듈을 제조할 수 있다.
이와 같은 방식으로 제조된 촉매모듈은 기존 촉매모듈에 비하여 부반응 물질 생성율 및 고비점 물질 생성율이 현저히 낮아졌을 뿐만 아니라, 촉매의 장기 안정성이 개선된 장점을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 다른 관점에서 연료전지나, 수소 연소 장치 예컨대 자동차나 각종 전자 제품 등에 응용하기 위한 수소를 생성하고, 방출하는 수소 방출 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 방출 시스템(200)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기의 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈(100)를 내부에 포함하는 반응기 본체부(210); 및 상기 촉매모듈(100)에 교류 전자기장이 인가되도록 전류를 공급받아 교류 전자기장을 발생시키는 전도체부(220)를 포함할 수 있다.
상기 반응기 본체부(210)는 내부 공간에 촉매모듈을 구비하여 수소 저장 물질로서 주입된 액체 유기 수소 운반체와의 접촉으로 수소를 생성하고, 생성된 수소를 필요한 곳으로 방출시키는 것으로, 액체 유기 수소 운반체를 주입할 수 있는 주입구(미도시) 및 상기 주입된 액체 유기 수소 운반체와 촉매모듈과의 접촉으로 생성된 수소를 방출시킬 수 있는 수소 배출구(미도시)를 일측에 형성할 수 있으며, 상기 촉매모듈을 내부로 장입시키거나 외부로 회수할 수 있는 촉매모듈 출입부(미도시) 또한 형성할 수 있다.
또한, 상기 반응기 본체부는 액체 유기 수소 운반체 및 촉매모듈을 내부 공간에 구비하도록 원형, 사각형 등의 중공 형상으로 사용자가 자유롭게 구성할 수 있으며, 재질은 교류 전자기장이 촉매모듈에 인가될 수 있도록 세라믹 종류로 이루어지는 것이 바람직하며, 조건에 따라 석영, 유리, 고분자 등도 가능하다.
한편, 전도체부(220)는 상기 반응기 본체부에 구비되는 촉매모듈이 유도 가열되도록 후술되는 전원부로부터 교류 전류를 공급받아 교류 전자기장을 반응기 본체부로 인가시키는 것으로, 유도 가열에 통상적으로 적용되는 전도성 코일(coil) 형태일 수 있으며, 반응기 본체부와 소정 간격으로 이격된 위치에 배치될 수 있다.
이때, 전도체부와 반응기 본체부의 배치는 사용자의 선택에 따라서 구성될 수 있으며, 일 예로 도 2a에 나타난 바와 같이 전도체부 상부에 반응기 본체부를 배치하거나, 또는 도 2b에 나타난 바와 같이 반응기 본체부를 둘러싼 형태로 전도체부를 배치할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수소 방출 시스템은 상기 전도체부에 가해지는 전류량과 주파수를 조절하는 유도 가열 제어모듈(미도시) 및 전도체부에 전류를 공급하기 위해 전도체부와 전기적으로 연결된 전원부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 유도 가열 제어모듈은 전도체부에 가해지는 전류량과 주파수를 조절하기 위한 것으로서, 이를 통하여 촉매모듈의 가열 강도를 제어할 수 있다. 상기 촉매모듈의 가열 온도는 탈수소화 반응이 진행될 수 있는 온도로 제어될 수 있고, 일 예로, 150 ℃ ~ 450 ℃, 바람직하게는 230 ℃ ~ 350 ℃일 수 있다.
본 발명에 따른 수소 방출 시스템은 촉매모듈에 전도체부를 사용함으로써, 열풍이나 전기 히터 등을 이용한 직접 가열 방식과는 달리, 유도 자기장을 통한 가열을 통해 촉매만을 선택적으로 가열 할 수 있을 뿐만 아니라, 전도체부에 가해지는 전류량과 주파수를 조절하여 촉매모듈의 가열 강도를 간편하게 조절할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1>
1-1 : MAX 상 모노리스 지지체부 제조
입도가 30 ㎛ ~ 50 ㎛ 정도의 Ti3SiC2 파우더 6 kg을 사용하여 모노리스 압출 공정을 통해 지지체부 Ti3SiC2 모노리스를 제조하였다. 공정시 Ti3SiC2 파우더의 응집 및 소결을 위해서 Si 계열의 바인더 및 첨가제를 사용하고, 윤활유를 첨가하여 5 cm × 5 cm 크기의 300 cspi 모노리스 형태의 제형을 압출하였다. 이후 건조 공정에서 용매제를 제거하고, 산화 열처리를 통해 바인더를 제거하였다. Ti3SiC2 입자끼리 약하게 결합되어 있는 제형화된 모노리스를 환원 분위기 소결 퍼니스에서 1400 ℃에서 5시간 동안 소결하여, 전기 전도도 0.1 Ω 이하를 갖는 Ti3SiC2 지지체부 모노리스를 제조하였다. 이렇게 제조된 Ti3SiC2 지지체부 모노리스를 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈 크기에 절단하였다.
1-2 : 촉매부 제조
헥사클로로플라티닉 에시드(H2PtCl6·xH2O) 0.189 g을 물 1.62 ml에 용해한 뒤, 감마 알루미나(gamma-Al2O3) 3 g의 파우더에 수용액을 함침(incipient wetness impregnation) 시켰다. 함침 후 소니케이터에서 30분 처리 후 110 ℃ 오븐에서 12시간 동안 건조시켰다. 이후, 공기 분위기에서 500 ℃, 1시간 동안 소성한 뒤, 수소 분위기 450 ℃, 1시간 환원하여 플라티늄(Pt)이 3 wt%로 담지된 Pt/Al2O3 촉매부를 제조하였다.
1-3 : 촉매모듈 제조
원통형 플라스틱 용기에 D.I water 15 g과 제조예 1-2에서 제조된 Pt/Al2O3(3 wt%) 파우더 3 g을 넣은 뒤, 0.18 g 보헤마이트[gamma-AlO(OH)]를 투입하였다. 이후 지르코니아 볼(ZrO2, ball)을 통하여 24시간 볼밀 처리하여(Ball milling) 플라티늄 알루미나 슬러리(Pt/Al2O3 Slurry)를 수득하였다. 제조예 1-1의 초기 티타늄 실리코카바이드(Ti3SiC2) 모노리스 무게를 측정한 후, 수득된 슬러리에 티타늄 실리코카바이드 모노리스를 담지하고 모노리스 구멍에 막힌 슬러리를 Ar gas로 뚫은 뒤, 히트 건(heat gun)으로 300 ℃로 건조시켰다. 이 과정을 초기 모노리스 무게에서 350 mg이 증가할 때까지 반복 워시코팅 하였다. 촉매가 담지된 모노리스를 공기 분위기에서 400 ℃ 1시간 동안 소성한 뒤, 수소 분위기 450 ℃, 1시간 환원하여 플라티늄 알루미나 촉매부가 코팅된 Ti3SiC2 모노리스 촉매모듈을 제조하였다.
<비교제조예 1>
제조예1에서 지지체부 MAX상 모노리스를 통해 제조된 촉매 모듈과 동일한 방법으로 동일한 양의 제조된 촉매부 350 g를 코팅하여 제조하되, 지지체부를 니켈-크롬-알루미늄 합금계 금속모노리스로 대체하여 모노리스 촉매모듈을 제조하였다.
<실시예 1 및 비교예 1>
유리 재질 원통형 반응기에 제조예 1 및 비교제조예 1에서 제조된 촉매모듈를 장입한 뒤, 반응물인 H18-디벤질톨루엔(perhydro dibenzyltoluene) 4 g(13.79 mmol)을 주입하였다. 상기 반응기를 유도가열장치의 코일 내부 중앙에 배치한 후, H 코일 형상의 전도체부를 상기 반응기 본체부 외측에 배치하였다. 전원부를 통해 상기 전도체부에 교류 전류를 인가한 후 유도 가열 제어모듈을 이용하여 촉매모듈의 온도를 제어하여 온도 및 시간에 따른 탈수소화 전환율 및 탈수소화 반응활성을 각각 측정하고, 그 결과를 표 1 및 도 3에 나타내었다. 또한, 상기 촉매모듈을 이용한 탈수소화 반응 후 반응물을 촬영하여 촉매층 탈리여부를 확인하였다.
<비교예 2>
유리 재질 원통형 반응기에 제조예 1-2에서 제조된 플라티늄 감마 알루미나 파우더 촉매부 350 mg을 투입하였다. 이후 H2-rich LOHC 반응물인 H18-디벤질톨루엔(perhydro dibenzyltoluene) 4 g(13.79 mmol)을 주입하고, 원통형 반응기에 맞는 히팅 멘틀(heating mantle)를 설치하여 300 ℃로 가열하였다. 이때 온도 및 시간에 따른 탈수소화 전환율 및 탈수소화 반응활성을 각각 측정하고, 그 결과를 표 1 및 도 3에 나타내었다.
구분 온도(℃) 시간(hr) 탈수소화 전환율(%)
실시예 1 299.7 1.5 97.6
비교예 1 307.4 1.5 64.2
비교예 2 297.1 1.5 27.6
표 1 및 도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서는 유도 가열시 탈수소화 온도인 300 ℃가 인가됨을 알 수 있었으며, 탈수소화 반응시에는 1.5 시간에 탈수소화 전환율이 97.6 %로 고응답 수소 방출이 가능함을 알 수 있었다. 반면 비교예 1에서는 307 ℃의 온도가 인가됨에도 불구하고 1.5시간에 탈수소화 전환율이 64.2 %인 동시에 수소 방출량이 현저히 떨어짐을 확인할 수 있었다.
한편, 비교예 3은 촉매부를 금속모노리스나 MAX상 탄화물 지지대부에 코팅하지 않고, 동일 양의 파우더 형태의 촉매를 일반적인 열 공급 방식인 외부가열 방식으로 탈수소화한 것으로, 실시예 1에 비해서 같은 1.5 시간에 탈수소화 전환율이 27.6 %로 탈수소화 반응이 떨어짐을 알 수 있었다. 이는 유도가열방식이 아닌 외부에서 열을 공급하는 시스템이라 흡열반응으로 인한 내부 온도가 저하되고, 파우더 형태의 입자상 촉매는 액상 유기 수소운반체 내부에 가라앉아 서로 스태킹(stacking)되어 촉매의 활성이 급격하게 저하되기 때문인 것으로 판단된다.
한편, 도 4a는 비교예 1에서 사용된 촉매모듈로, 탈수소화 반응 공정전 금속 모노리스에 촉매부의 코팅이 잘 되었음에도 불구하고, 4시간의 탈수소화 반응 후 H0-dibenzyltoluen 내부에 탈리된 촉매부가 현저하게 많이 존재함을 확인하였다. 이는 탈수소화 반응 중 기포발생, 액체 유기 수소 운반체의 대류, 열 공급에 따른 연신율 차이 등으로 금속표면에서 세라믹 재질인 촉매층이 탈리될 수 있기 때문인 것으로 판단되며, 일반적으로 금속표면과 세라믹의 접합성이 떨어지기 때문인 것으로 판단되었다.
도 4b는 실시예 1에 사용된 촉매모듈로, 코팅 전후의 제조예 1-1과 제조예 1-3이며, 탈수소화 반응 후 생성물인 H0-dibenzyltoluene의 실사진을 나타낸다. 제조비교예 1에서 활용된 금속모노리스와 세라믹 계열의 촉매부 코팅 접합력과 달리, 제조예 1-3의 촉매모듈는 MAX계 탄화물을 사용하여 같은 세라믹 계열의 촉매부의 접합 특성이 강하며, 이로 인해 4시간 이상에서 같은 조건의 유도가열을 통한 탈수소화 반응에서도 생성물인 H0-dibenzyltoluene에 촉매부가 전혀 탈리되지 않고 높은 수소 발생율을 보였다.
따라서 도 3에서 실시예 1과 비교예 1은 같은 조건의 유도가열 방식으로 동일량의 촉매부가 코팅되었음에도 유도가열을 위한 지지대부와 촉매부의 결합력 차이로 가혹한 탈수소화 반응 공정 동안 촉매부의 탈리가 발생되고, 이로 인해 수소발생율이 현저하게 차이남을 알 수 있었다.
이상으로 본 발명은 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 촉매모듈
110 : 지지체부
120 : 촉매부
121 : 촉매 활성성분
122 : 촉매 담체
200 : 수소 방출 시스템
210 : 반응기 본체부
220 : 전도체부

Claims (11)

  1. 인가 교류 전자기장에 응답하여 유도 가열할 수 있는 탄화물로 구성된 지지체부; 및
    상기 지지체부의 내주면 및/또는 외주면에 형성된 촉매부;를 포함하고,
    상기 탄화물은 MAX상 구조의 탄화물인 것을 특징으로 하는 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 MAX상 구조의 탄화물은 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈:
    [화학식 1]
    Mn+1AXn
    화학식 1에서, M은 Ti, V, Cr, Nb, Mo, 또는 Zr이고, A는 Al, Si, Ga, 또는 Sn이며, X는 탄소이고, n은 1 ~ 3임
  3. 제1항에 있어서,
    상기 MAX상 구조의 탄화물은 Ti2CdC, Ti2AlC, Ti2GaC, Ti2TlC, V2AlC, V2GaC, Cr2GaC, Ti2GeC, Ti2SnC, Ti2PbC, V2GeC, Cr2AlC, Cr2GeC, V2PC, V2AsC, TiSC, Zr2InC, Zr2TlC, Nb2AlC, Nb2GaC, Nb2InC, Mo2GaC, Zr2SnC, Zr2PbC, Nb2SnC, Nb2PC, Nb2AsC, Zr2SC, Nb2SC, Hf2InC, Hf2TlC, Ta2AlC, Ta2GaC, Hf2SnC, Hf2PbC, Hf2SC 및 Zr2AlC로 구성된 군에서 선택되는 211상 구조의 탄화물; Ti3SiC2, Ti3AlC2, Ti3GaC2, Ti3InC2, V3AlC2, Ti3GeC2, Ti3SnC2, Ta3AlC2 및 Zr3AlC2로 구성된 군에서 선택되는 312상 구조의 탄화물; 및 Ti4AlN3, V4AlC3, Ti4GaC3, Ti4SiC3, Ti4GeC3, Nb4AlC3 및 Ta4AlC3으로 구성된 군에서 선택되는 413상 구조의 탄화물;로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지체부는 콜게이트(corrugate), 플레이트(plate), 모노리스(monolith), 폼(foam) 및 메쉬(mesh)로 구성된 군에서 선택되는 형상인 것을 특징으로 하는 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 촉매부는 촉매 활성성분을 포함하고,
    상기 촉매 활성성분은 표준 주기율표상 ⅧB족 내지 IB족 금속원소 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하는 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 촉매부는 촉매 담체; 및 상기 촉매 담체상에 담지된 촉매 활성성분;을 포함하고,
    상기 촉매 담체는 Al2O3, CeO2, SiO2,TiO2 및 탄소계로 구성된 군에서 선택되며,
    상기 촉매 활성성분은 표준 주기율표상 ⅧB족 내지 IB족 금속원소 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 촉매 활성성분은 촉매모듈 총 중량에 대하여, 0.5 중량% ~ 50 중량%로 담지되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 촉매부는 워시코팅법, 함침법, 스핀코팅법, 딥코팅법 및 증착법로 구성된 군에서 선택되는 방법으로 지지체부에 형성되며, 촉매부는 5 g/l 내지 150 g/l의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 액체 유기 수소 운반체 기반 탈수소화 반응용 촉매모듈을 내부에 포함하는 반응기 본체부; 및
    상기 반응기 본체부의 촉매모듈에 교류 전자기장이 인가되도록 전류를 공급받아 교류 전자기장을 발생시키는 전도체부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 방출 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전도체부는 전도성 코일(coil) 형태로, 반응기 본체부와 소정 간격으로 이격된 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 수소 방출 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전도체부에 가해지는 전류장과 주파수를 조절하는 유도 가열 제어모듈; 및
    상기 전도체부에 전류를 공급하기 위해 전도체부와 전기적으로 연결된 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 방출 시스템.
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