[반응공학] 내부개질형 연료전지의 개질반응 속도식과 반응기 해석

1. 내부개질형 연료전지 개요

내부개질형 연료전지는 수소와 산소를 전기화학적 반응을 통해 직접 전기로 변환하는 연료전지의 한 종류로, 개질반응이 연료전지 내부에서 동시에 일어나도록 설계된 시스템이다. 이 연료전지는 외부에서 개질반응이 일어나는 별도의 개질기 없이 연료전지 내부의 전극 자체에서 개질반응이 진행되며, 이를 통해 시스템의 간소화와 효율 향상이 가능하다. 특히, 도시가스 또는 메탄가스를 이용할 경우, 내부 개질형 연료전지는 연료 준비 및 공급 단계에서의 복잡성을 줄이고, 시스템 설치와 유지보수 비용을 절감할 수 있다. 현재 세계 시장에서는 연료전지 기술 발전과 함께 내부개질형 연료전지의 적용이 확대되고 있으며, 2022년 글로벌 연료전지 시장은 약 65억 달러 규모였으며 연평균 성장률이 15% 이상인 가운데 내부개질형 연료전지의 비중도 빠르게 증가하고 있다. 내부개질반응은 주로 메탄(CH₄)을 수소(H₂)와 일산화탄소(CO)로 개질하는 수동개질반응을 바탕으로 하며, 대표적인 반응식은 CH₄ + H₂O → CO + 3H₂이다. 이 반응은 수소생산과 동시에 CO를 일산화탄소로 전환하여 연료 내 활용도를 높이고, 전체 시스템의 화학…