수소분리막(2025년 2월 조사) (일본어판)

◆조사 개요

본 조사 리포트는 정기간행물 Yano E plus 2025년 3월호에 게재된 것입니다.

리서치 내용

~수소를 투과시키지만 다른 가스를 투과시키지 않는 성질,

제조·공급에서 고순도 수소를 효율적으로 얻기 위해 필수적~

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1. 주목받는 수소분리막

　　1-1. 수소에너지 수요 증가

　　1-2. 에너지 효율 향상과 비용 절감

　　1-3. CO2 삭감과 회수·저류(CCUS: Carbon dioxide Capture and Storage) 기술의 연계

　　1-4. 새로운 기술혁신과 응용분야의 확대

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2. 수소분리막 기술의 종류와 특징

　　2-1.금속막

　　　　(1)Pd막

　　　　(2)기타 금속·합금막

　　2-2. 무기막

　　　　(1)세라믹스막

　　　　(2)금속산화물막

　　2-3. 고분자막

　　　　(1)폴리설폰막

　　　　(2)이온교환막

　　2-4. 복합막

　　　　(1)메탈-세라믹스복합막

　　　　(2)고분자무기복합막

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3. 수소분리막 기술 응용분야

　　3-1. 수소제조공정

　　　　(1)수증기 개질

　　　　(2)바이오매스 가스화

　　　　(3)암모니아 분해

　　3-2. 연료전지시스템

　　　　(1)고체산화물 연료전지(SOFC)

　　　　(2) 양성자 교환막 연료전지(PEMFC)

　　3-3. 화학공정산업

　　　　(1) 암모니아 제조 (하버-보슈법법)

　　　　(2)메탄올 생산

　　3-4. 이산화탄소 감축기술(CCUS)

　　　　(1)연소 후 회수

　　　　(2)연소 전 회수

　　3-5. 수소에너지 저장 및 수송

　　　　(1)수소저장기술

　　　　(2)수소수송기술

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4. 수소분리막 시장규모

　　【그림·표 1. 수소 분리막의 일본 및 ㅣ세계 시장규모 예측 (금액 : 2025-2030년 예측)】

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5. 수소 분리막 관련 기업·연구기관의 대응 동향

　　5-1. 국립대학법인 우쓰노미야대학

　　　　【그림1. 분산형 사회에서의 수소·수소 운반구 제조 이미지】

　　　　(1)수전해 수소화 장치 개발

　　　　【그림2. Pd계 금속이 수소를 투과하는 메커니즘】

　　　　(2)생성수소의90%이상이막을투과해 톨루엔수소화를 의한 메틸시클로헥산 합성 달성

　　　　【그림3. 수소제조·수소정제·수소 캐리어 합성을 동시에 달성하는 프로세스】

　　　　【그림 4. 개발한 전해 셀 상세】

　　5-2. 독립행정법인 국립고등전문학교기구 오이타공업고등전문학교

　　　　(1)금속막을 이용한 수소 분리

　　　　【그림5. 수소가 금속을 투과하는 반응의 모식도 [1]】

　　　　【그림 6. 다양한 금속의 수소투과 속도】

　　　　(2)바나듐 합금막을 이용한 수소분리

　　　　[그림7. 바나듐과 기타 막의 수소 분리 계수와 수소 분리 속도 [2]]

　　　　(3)바나듐 수소 투과막의 대면적화, 대유량화, 적층화에 의한 대유량 디바이스화

　　　　【그림8. 바나듐 수소투과막의 대면적화, 대유량화, 적층화에 의한 대유량 디바이스화 [3]】

　　　　【그림 9. 바나듐 수소 투과막에 의한 막 분리형 수소 제조 시스템(멤브레인 리액터) 모식도 [2]】

　　5-3. 국립대학법인 도카이국립대학기구 기후대학

　　　　(1)팔라듐계 금속막의 막 반응기에 대한 응용

　　　　【그림 10. 다양한 온도에서 열처리 후 팔라듐 복합막 표면의 SEM 상 [1]】

　　　　(2)팔라듐계 금속막의 반응 분리 일체 프로세스에 대한 응용

　　5-4. 주식회사 다나카귀금속그룹 / 다나카귀금속공업 주식회사

　　　　(1) Pd막을 이용한 수소 투과 메커니즘

　　　　【그림 11. Pd 막에 의한 수소 투과 메커니즘의 개념도】

　　　　【그림 12. 수소 투과막을 장착한 모듈 사용 예.

　　　　모듈 개요(왼쪽)와 지지체의 SEM 상(오른쪽)]

　　　　(2)수소 투과막에 이용되는 주요 재료의 특성

　　　　[표 1. 주요 합금의 특징]

　　　　【그림 13. 주요 Pd 합금의 각 온도에서의 투과계수】

　　　　①Pd

　　　　②Pd-Ag

　　　　③Pd-Cu

　　　　(3)수소투과막의 수소 투과성능 평가

　　　　【그림 14. 수소 투과성능 평가 방법 개요】

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6. 수소 분리막에 대한 과제와 장래 전망

　　6-1. 과제

　　　　(1)비용

　　　　(2)내구성과 막의 열화

　　　　(3)투과속도와 선택성의 밸런스

　　　　(4)스케일러빌리티와 대규모화 과제

　　　　(5)환경에의 영향과 안전성

　　6-2. 장래전망

　　　　(1)그린수소 수요 확대 및 보급

　　　　(2) 신소재 개발을 통한 성능 향상

　　　　(3)수소 스테이션·수송 인프라에 대한 응용

　　　　(4)산업용도에서의 수소이용 확대

　　　　(5)CO2 감축과 카본 재활용과의 연계

　　　　(6)기술의 비용절감과 대량생산 실현

　　　　(7)지속가능한 사회를 위한 정책지원과 국제협력