암모니아 54ℓ를 1시간만에 수소·질소로 다 바꿨다

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 암모니아를 활용해서 수소를 저장, 이동, 생산하는 촉매 공정 기술을 개발했다. 연구진은 이 기술로 500℃의 온도에서 1시간동안 54000㎖의 암모니아를 100% 수소와 질소로 만들어냈다고 설명했다. 이는 기존 촉매 공정보다 약 100℃ 낮은 온도에서 약 40% 더 많이 수소를 생산해 낼 수 있는 것이다.

한국화학연구원은 채호정 박사팀이 암모니아로부터 수소를 기존 공정보다 약 100℃ 낮은 온도에서 높은 효율로 생산할 수 있는 에너지 저감형 촉매 공정을 개발했다고 25일 밝혔다.

화학연 채호정 박사는 "이번에 개발한 암모니아 분해 촉매시스템을 바탕으로 암모니아 기반 대형 수소 생산 플랜트, 수소 발전, 수소 스테이션과 선박 분야 등 다양한 응용 공정 개발이 활발하게 이뤄질 것"이라고 전망했다.

연구진은 촉매 표면에 있는 루테늄의 전자가 풍부해질수록 암모니아로부터 질소의 재결합-탈착 반응이 잘 일어나는 것을 발견했다. 이를 바탕으로 암모니아 분해에 최적화된 세륨과 란타넘이 포함된 복합산화물을 만들고, 이 표면에 루테늄 나노입자를 고르게 입혀 촉매를 개발했다.

새로운 촉매는 기본 화학공정 방법인 침전법으로 만들었다. 연구진은 금속 화합물 원료를 용액상에서 가라앉힌 뒤 열처리 하는 방법으로 비교적 쉽고 간단한 제조할 수 있어 대량생산과 상용화에 유리하다고 설명했다.

실험결과, 이 촉매 공정에서는 기존 공정보다 100℃ 가량 낮은 450℃에서 수소를 100% 생산했다. 또 400℃의 온도에서도 90% 이상의 높은 효율로 수소를 만들었다.

연구진은 새로운 촉매는 기존에 보고된 촉매들보다 같은 조건에서 수소 생산량이 약 40% 향상됐다고 설명했다.

이와더불어 촉매의 반응이 일어나는 부분에서 약 4배 더 반응이 잘 일어났으며, 100시간 이상의 내구성 테스트에서도 안정적 성능을 유지했다.

황동원 탄소자원화연구단장은 "이번에 개발한 저온·고성능 암모니아 분해 원천 촉매 기술이 수소 경제 실현을 위한 상용화 기술로 이어질 수 있도록 산학연 협력 및 실증 연구를 적극적으로 추진하겠다"고 말했다.

이번 연구결과는 세계적 에너지·환경 분야 권위지인 '응용촉매 B-환경(Applied Catalysis B-Environmental)'에 지난해 12월 25일 발표됐으며, 오는 5월 오프라인으로 출간될 예정이다.

[e-mail] 김만기 기자