Formic acid can easily decompose to hydrogen and carbon dioxide. Therefore, it receives attention from a candidate for chemical hydrogen storage. Conventional formic acid production is mainly based on the methyl formate hydrolysis process which uses carbon monoxide and water as raw materials. Another formic acid production route is the $CO_2$ hydrogenation process which uses carbon dioxide and hydrogen. This study focuses on the potential of formic acid as a hydrogen carrier. Thus, the purity of formic acid is 99 wt. %. Conventional formic acid production processes with different carbon monoxide production methods were simulated in Aspen Plus. And these two different feedstock routes were compared by techno-economic analysis and life cycle assessment. Analyses are based on the mass and energy balance of the simulation. Also, the $CO_2$-based process was verified the economic and environmental feasibility with the completion of modeling. Finally, this study developed the newly integrated processes considering the byproduct which is either carbon monoxide or hydrogen from the steam and dry reforming. The proposed processes allow carbon monoxide to be used in the methyl formate hydrolysis process and hydrogen to be used in the $CO_2$ hydrogenation process. The economic and environmental sustainability of the proposed processes were also verified.
포름산은 수소와 이산화탄소로의 분해하는 특성을 가지기 때문에 수소의 화학적 수송 및 저장 매개체로서 주목받고 있다. 기존의 포름산 공정으로는 메틸포메이트 가수분해 방법을 기반한 공정이 주를 이루고 있으며, 이 공정의 원료는 일산화탄소와 물이다. 또다른 포름산 생산 방법인 이산화탄소 수소화 반응 기반의 공정은 수소와 이산화탄소를 원료로 하여 포름산을 생산한다. 본 학위논문에서는 포름산의 수소저장물질에 관한 잠재력에 초점을 두어 99wt%의 순도의 포름산 생산을 다루고자 한다. 기존의 포름산 공정의 원료인 일산화탄소를 생산 방법으로 메탄의 수증기 개질 반응과 건식 개질 반응 공정이 결합된 포름산 생산 공정을 Aspen plus로 모델링하였고, 이를 통해 물질 및 에너지 수지를 도출하여 경제성 평가와 이산화탄소 전 과정 평가를 진행하여 두 공정을 비교한다. 또한 이산화탄소 기반 공정을 모델링하여 경제성 및 환경적 측면에서 기존 공정과 비교하여 실현가능성을 평가한다. 마지막으로 수증기 개질 반응 공정과 건식 개질 반응 공정에서 생산되는 일산화탄소와 수소를 가지고 각각 일산화탄소는 기존 포름산 공정의 원료로, 수소는 이산화탄소 기반 공정의 원료로 사용할 수 있도록 결합한 새로운 공정을 개발한다. 이에 대해 경제성과 환경적인 측면에서의 지속가능성도 평가하고자 한다.
