암모니아(NH3)를 활용해 수소 저장·이동·생산 효율을 높일 수 있는 촉매 공정기술이 개발됐다. 기존 촉매 공정보다 약 100도 낮은 온도에서 40% 더 많은 수소를 생산할 수 있다.

한국화학연구원(원장 이미혜)은 채호정 연구팀이 에너지 저감형 고효율 수소생산 촉매 공정을 개발했다고 25일 밝혔다.

수소는 고압 기체수소로 저장·운송 과정에서 폭발 위험이 있고 저장 운송 비용도 많이 든다. 이를 해결할 수 있는 방법 가운데 하나가 암모니아를 이용한 것이다.

개발된 촉매 물질. 사진 왼쪽은 개발된 지지체. 오른쪽은 지지체에 루테늄이 담지된 촉매.

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암모니아가 촉매와 반응하면 수소 원자 3개는 떨어지고 질소 원자 1개만 남게 된다. 남은 질소 원자 2개는 재결합해 질소 분자 기체로 떨어져 나간다.

연구팀은 이런 질소 재결합-탈착 반응의 활성화에너지(반응이 일어나는데 필요한 최소 에너지)를 낮춰 암모니아에서 수소를 고효율로 생산할 수 있는 촉매를 개발했다. 암모니아 분해에 최적화된 세륨(Ce)과 란타넘(La)이 포함된 복합산화물 지지체를 합성하고, 이 지지체 표면에 루테늄(Ru) 금속 나노입자를 고르게 분산시킨 새로운 촉매다.

이 촉매를 이용한 공정은 기존 공정보다 100도가량 낮은 450도에서 기존 수소생산과 동일한 성능을 나타냈다. 더 낮은 400도에서도 기존 대비 90% 이상의 수소 생산 효율을 보였다.

연구팀이 촉매를 들고 있는 모습. 사진 왼쪽부터 화학연 화학공정연구본부 채호정 박사, Le Thien An 박사, 김영민 박사.

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또 기존 촉매와 같은 조건에서 수소 생산량은 약 40% 향상됐고, 촉매 반응이 일어나는 부분(활성점)에서 약 4배 더 반응이 잘 일어났다. 수백시간 이상 내구성 테스트에서도 안정적인 성능을 나타냈다.

새로운 촉매는 기본 화학공정 방법인 침전법으로 비교적 쉽고 간단하게 제조할 수 있어 대량생산과 상용화에 유리하다.

채호정 연구원은 “새로 개발한 암모니아 분해 촉매시스템은 암모니아 기반 대형 수소 생산 플랜트, 수소 발전, 수소 스테이션과 선박 분야 등 다양한 응용 공정 개발을 촉진하고 그린 수소 사회 정착에도 기여할 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com

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