Methane dry reforming process is a promising method which utilizes carbon dioxide and methane to produce
syngas composed of hydrogen and carbon monoxide, which has the advantage of utilizing greenhouse gases that
cause global warming while also producing useful chemical feedstocks. In this study, swine manure sludge, which
can deliver high alkaline earth metal content when carbonized, and rice husk, which can provide relatively high
surface area during carbonization, were co-carbonized in various proportions to synthesize activated carbon and
check its performance as a catalyst support for dry reforming with nickel. The catalytic supports from co-
carbonization of swine manure sludge and rice husk in 1:2 and 1:4 mass ratios showed higher surface area than the
carbonized manure sludge and higher alkaline earth metal content than the carbonized rice husk, and improved
performance in the methane dry reforming reaction at 850 °C. Several chemical activation strategies were then
applied to the activated carbon with 1:4 mass ratio, which showed the highest catalytic activity, to evaluate their effects on the physicochemical properties and activity of the catalyst. As a result, pretreatment with strong acids and hydrogen peroxide, which increase oxygen-containing functional groups through surface oxidation, increase
the initial reaction efficiency of the catalyst, while acid washing and alkaline activation, which lead to alkaline earth metal removal, resulted in an overall decrease in activity despite an largely expanded surface area. These
results confirm that co-carbonization and chemical activation can affect the physicochemical properties and
catalytic performance of waste-derived biochar/activated carbon. The results of this study are expected to improve
the understanding of methane dry reforming using waste-based catalysts and help to establish long-term greenhouse
gas and waste utilization strategies.
메탄 건식 개질 공정은 이산화탄소와 메탄을 활용하여 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 생성하는 유망한 공법으로, 지구 온난화를 유발하는 온실가스를 활용함과 동시에 유용한 화학 원료를 생성할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 탄화시 높은 알칼리 토금속 함량을 제공할 수 있는 돼지 분뇨슬러지와 상대적으로 높은 표면적을 제공할 수 있는 쌀겨를 여러 비율로 공탄화하여 활성탄을 합성하고 니켈을 담지하여 건식 개질을 위한 촉매 지지체로써의 성능을 확인하고자 하였다. 돼지 분뇨와 쌀겨를 1:2와 1:4 질량비로 공탄화한 활성탄 기반 촉매는 분뇨슬러지 단독 탄화 기반 촉매보다 높은 표면적과 쌀겨 단독 탄화 기반 촉매보다 높은 알칼리 토금속 함량을 보였으며, 850도에서 진행한 메탄 건식 개질 반응에서 개선된 성능을 보였다. 이후 가장 높은 촉매 활성을 보인 1:4 질량비로 공탄화한 활성탄에 여러 화학적 활성화 기법을 진행하여, 이들이 촉매의 물리화학적 특성과 활성에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 표면 산화를 통해 친수성 작용기를 증가시키는 강산과 과산화수소수를 처리하였을 경우 촉매의 초기 반응 효율이 증가하였으며, 알칼리 토금속 제거로 이어지는 산 세척과 알칼리 활성화을 진행한 경우 표면적이 증가하였음에도 전반적으로 감소된 활성을 보였다. 이러한 결과를 통해 공탄화와 화학적 활성화가 폐기물 기반 바이오차/활성탄의 물리화학적 특성과 촉매 성능에 영향을 줄 수 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과는 폐기물 기반 촉매를 활용한 메탄 건식 개질에 대한 이해를 증진하고 장기적인 온실가스 및 폐기물 활용 전략 수립에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
