지구온난화는 전세계적으로 심각한 문제로 대두되고 있다. 인간활동에 의해서 배출되는 주요 온실가스 (GHG)로 알려진 이산화탄소가 주요 문제점으로 제기되고 있다. 천연가스 개질공정에 의해 생성된 합성가스 (CO 와 H₂ 의혼합물)은 MTBE, methanol, gasoline, acetic acid, olefin, Oxo-alcohol, ammonia, hydrogen fuel,and hydrogen fuel 에 사용될 수 있다. 특히 천연가스 개질공정은 Fishcer-Tropsch 합성공정 또는 DME 합성공정을 연결해 주기 때문에 그 중요성이 부각되고 있다. 수증기 이산화탄소 개질의 경우 다른 개질공정과는 달리 반응물로 넣어주는 기체의 양을 조절하여 수증기대 탄소간 비율을 조절할 수 있다는 점으로 주목받고 있다. 그러나 수증기 이산화탄소 개질반응에서 탄화침적에 의한 촉매의 비활성화 문제는 해결해야 할 문제이다.
본 연구에서는 니켈계 촉매가 가지는 비활성화 문제를 해결하기 위해 비율을 달리한 SiC-Al₂O₃지지체 4 가지와 MgO 을 물리적으로 섞은 4 가지 담체를 제조하였다. 이를 통해 담체의 SiC/Al₂O₃ 의 비율과 MgO 의 유무가 촉매 비활성화에 미치는 상관관계를 조사하였다. SiC-Al₂O₃ 담체는 침전법으로 MgO 는 졸-겔방법으로 제조하였으며 SiC-Al₂O₃-MgO 담체는 물리적 혼합방법을 통해 각각 제조하였다. 제조된 담체상의 Nickel 계 촉매는 습식함침법을 사용해 제조하였다. 반응전후의 촉매는 질소물리흡착, X 선형광분광법, X-선회절, 승온흡탈착 및 산화환원분석법, 열중량분석, 투과전자현미경, 열전도도 분석과 같은 여러 기술로 분석하였다. 촉매의 반응성은 650~850 ℃, GHSV = 34,688 h-1,1 bar 그리고 CH₄ : CO₂ : H₂O : N₂= 1 : 0.7 : 1.5 : 0.5 조건의 고정층 반응기에서 12 시간동안 조사되었다.
본 연구를 통해 첫째, 10Ni/SiC-Al₂O₃촉매상에서 SiC 가 금속-담체간의 결합력을 향상시켜줄 수 있을 것으로 사료된다. 선행연구결과에 따르면 SiC 담체는 NixSiC 구조를 형성해 상호작용을 향상시키는 것으로 확인하였다. 둘째, 준비된 SiC-Al₂O₃담체에 MgO 를 추가하여 염기점이 향상되었음을 확인하였다. 뿐만 아니라 Mg-Al 혼합 산화물이 갖는 높은 내열성과 기계적강도 특성을 가지며 고온반응에서도 안정성을 갖는 것을 확인하였다. 셋째, 10Ni/SiC-Al₂O₃ 그리고 10Ni/SiC-Al₂O₃-MgO 반응 전후의 촉매의 특성분석을 통해 탄소 침적 저항성이 증가됨을 확인하였다. 뿐만 아니라 장기적인 반응 후에도 탄소 침적이 억제되었음을 확인하였다.
10Ni/0.25SAM 촉매는 850 ℃, 1bar CH₄ : CO₂ : H₂O : N₂ = 1 : 0.7 : 1.5 : 0.5 그리고 GHSV = 34,688 h-1 조건에서 12 시간 반응후에도 탄소 침적에 대한 높은 저항성을 보였다. 이는 열중량분석, X-선 회절, 승온 산화분석, 투과전자현미경분석을 통해 확인하였다. 또한 메탄 전환율, 이산화탄소 전환율, 탄소 밸런스 평균값은 99.2%, 40.5% 및 99.9% 였으며, H₂/CO 비율이 2 가 얻어졌기에 Co 계촉매상에서 F-T 반응에 의해 청정연료 후 제조하기 위한 공정에 적합한 촉매로 사용가능한 것으로 판단되었다. 따라서, 상기의 수증기 이산화탄소 개질용 촉매는 탄소침적을 억제시키는 CO₂전환 촉매로 산업적 응용이 클 것으로 판단된다.