[일본] 이산화탄소 배출량 절반 줄인 고분자 분리 수소막 개발

 

 

일본 도레이 공업주식회사(Toray Industries, Inc.)에는 수소 정제 공정의 이산화탄소 배출량을 절반 이상으로 줄여 수소경제 창출을 위한 기술개발에 박차를 가한다. 도레이 공업주식회사에 따르면 화학 원소를 포함하는 혼합 가스에서 수소를 선택적이고 효율적으로 투과시킬 수 있는 고분자 분리막 모듈을 개발했다고 지난 1월 20일 발표했습다.

 

수소는 탄소중립 달성을 위한 에너지원으로서의 잠재력으로 주목받고 있다. 급속한 수소 수요 증가를  따라잡기 위해 전 세계적으로 에너지 절약 및 고효율 수소 회수 및 정화 기술을 확립하는 것이 핵심과제로 떠오르고 있다.

 

막 분리는 상당한 잠재력을 제공하는 것으로서, 이 공정은 수소 생산 및 사용 시 불순물을 제거해 고순도 수소를 확보할 수 있고, 압력차를 이용하여 상변화 없이 분리할 수 있어 에너지와 공간을 절약할 수 있다. 고분자 분리막 모듈은 수증기로 인한 성능 저하가 적고 가볍지만 수소 투과 순도와 양에 문제가 있어왔다. 도레이는 이러한 문제를 해결하고자 지난 2018년 기공 구조를 정밀하게 제어하는 분리막을 개발했다.

 

도레이는 최근 역삼투막(RO)으로 배양한 기술을 바탕으로 수소 친화도가 높은 물질을 배치해 98%의 수소 투과 순도의 기공 구조가 고도로 제어된 분리막을 개발했다. 이 기술은 한 번의 분리로 투과수소 순도를 높일 수 있고 초기 투자비용 절감할 수 있다. 또한 에너지 소비를 줄이고 기존 분리막 모듈의 이산화탄소 배출량을 50% 이상 줄일 수 있는 것이 특징이다.

 

[그림 1] Toray-calculated carbon dioxide reduction. [자료제공 = Toray]

 

도레이는 주요 부품의 채널 재료를 최적의 설계를 통해 모듈화 시 흐름의 저항을 줄여 모듈의 수소 투과성을 향상시키고 모듈 소자의 수를 75% 이상 줄일 수 있어 엄청난 공간 절약 효과를 얻을 수 있다.

 

[그림 2] Membrane module performance.  [자료제공 = Toray]

 

한편, 도레이 공업회사는 이번 고분자 분리막 모듈을 기술을기반으로 오는 2022년 1월 26일부터 28일까지 도쿄 오다이바 국제전시장 ‘도쿄 빅사이트’에서 열리는 국제 나노기술 전시회 및 컨퍼런스인 나노테크 2022에 전시할 예정이라고 밝혔다.

 

[원문보기]

 

Toray Creates High Polymeric Separation Hydrogen Permeation Membrane Module that More than Halves the Space and Carbon Dioxide Emissions

 

Tokyo, Japan, January 19, 2022 – Toray Industries, Inc., announced today that it has developed a polymeric separation membrane module that can selectively and efficiently permeate hydrogen from mixed gases containing that chemical element. This module more than halves the carbon dioxide emissions of hydrogen purification processes and the number of modules. Toray will accelerate research and technical development to help create a hydrogen economy.

 

Hydrogen attracts growing attention for its potential as an energy source in the drive to attain carbon neutrality. It is accordingly vital to establish energy-saving and highly efficient hydrogen recovery and purification technologies to cater to swift hydrogen demand growth in coming years.

 

Membrane separation offers considerable potential. That is because this process can secure high-purity hydrogen by removing impurities during hydrogen production and usage, saving energy and space by employing pressure differences and enabling separation without phase changes. Polymeric separation membrane modules experience low performance degradation from water vapor and are light. There are issues, however, with hydrogen permeation purity and amounts. Toray accordingly developed a separation membrane in 2018 that precisely controls pore structures.

 

The company recently used a technology that it cultivated with reverse osmosis membranes to develop a separation membrane with a highly controlled pore structure by deploying a material with a high hydrogen affinity. Toray used this membrane to attain a hydrogen permeation purity of 98%, which is unmatched anywhere. This technology can boost permeated hydrogen purity with a single separation instead of the several required with regular modules and cuts initial investment expenditure. It also reduces energy consumption and can cut the carbon dioxide emissions of conventional  separation membrane modules (Figure 1) by more than 50%.

 

When modularizing, Toray optimally designed the channel materials of key components to reduce flow resistance. The membrane thus has double the area of conventional separation membrane modules. This improves the hydrogen permeability of a module (Figure 2) and more than halves the number of module elements needed for the hydrogen purification process. Combining the Toray-developed separation membranes can reduce the number of module elements by more than 75%, representing a tremendous space saving.

 

The company will partner with engineering companies in Japan and abroad while drawing on process technologies from water treatment to establish mass production techniques.

 

Toray will keep leveraging its core technologies of synthetic organic and polymer chemistry, biotechnology, and nanotechnology in keeping with its commitment to innovating ideas, technologies, and products that deliver new value to create advanced materials and innovative technologies that contribute to social progress.

 

The company plans to exhibit polymer separation membrane modules based on this technology at nano tech 2022, an international nanotechnology exhibition and conference at Tokyo Big Sight from January 26 through 28, 2022.

 

[출처 = Toray Industries(https://www.toray.com/global/news/details/20220121144239.html) / 2022년 1월 19일자 보도자료]