본 총설은 저온 CO2 메탄화 반응을 위한 니켈 촉매의 최신 연구 동향을 종합적으로 검토하고, 특히 저온 CO2 메탄화 반응을 위한 촉매 합성 및 반응기 설계에 중점을 둔다. 기존에 보고되었던 촉매 합성법인 함침법 이외에 최근 주목받는 용매 열 합성법, 전기방사법으로 합성한 촉매의 구조적, 화학적 특성이 CO2 메탄화 반응에 미치는 영향을 분석한다. 또한 반응 효율을 향상시키고자 3D 촉매 구조 및 촉매 적층형 반응기 설계를 기반으로 공정 비용 절감 및 스케일업 가능성에 대해서 논의한다. 혁신적인 촉매 합성법을 통해 촉매의 산소 공공 및 결정 구조를 제어하고, 이에 촉매의 3D 구조 및 반응기 설계를 통해 니켈의 활성 면적을 확보함으로써 CO2 메탄화 반응의 효율을 극대화할 수 있음을 규명한다. 본 총설이 주요 온실가스인 CO2를 감축함과 동시에 천연 가스를 대체할 수 있는 CH4로 전환하는 분야의 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

This review comprehensively reviews the latest research trends in nickel catalysts for low-temperature CO2 methanation reactions, with special emphasis on catalyst synthesis and reactor design for low-temperature CO2 methanation reactions. In addition to the previously reported catalyst synthesis method of impregnation, the effects of structural and chemical properties of catalysts synthesized by solvothermal synthesis and electrospinning on CO2 methanation reactions were analyzed. We also discuss the potential for process cost reduction and scale-up based on 3D catalyst structures and catalyst stacked reactor designs to improve reaction efficiency. It is found that the efficiency of the CO2 methanation reaction can be maximized by controlling the oxygen vacancies and crystal structure of the catalyst through an innovative catalyst synthesis method, and by increasing the active area of nickel through the 3D structure of the catalyst and the reactor design. It is expected that this review will serve as the basis for the field of converting natural gas into CH4, which can be used as a substitute for natural gas while reducing CO2, a major greenhouse gas.

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