암모니아 54ℓ를 1시간만에 수소·질소로 다 바꿨다

화학연구원 채호정 박사팀, 에너지 저감형 촉매공정 개발
암모니아로 저장·이동하고 수소 생산하는 기술

화학연구원 채호정 박사팀이 암모니아로부터 수소 생산용 촉매를 들고 있는 모습(좌부터 화학연 화학공정연구본부 채호정 박사, Le Thien An 박사, 김영민 박사). 화학연구원 제공

[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.

화학연구원 채호정 박사팀이 개발한 촉매 물질(왼쪽 : 개발된 지지체 / 오른쪽: 지지체에 루테늄이 담지된 촉매) 화학연구원 제공

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