암모니아서 수소 40% 더 생산..'새 촉매공정' 개발

화학연, 기존 공정보다 낮은 온도서 수소 더 많이 생산
암모니아 기반 수소 플랜트, 수소 발전 등에 활용 기대

채호정 화학연 박사 연구팀이 세륨과 란타넘이 포함된 복합산화물 지지체 표면에 루테늄 금속 나노입자를 고르게 분산시켜 수소 생산을 40% 가량 향상시킬 수 있는 새 촉매 공정을 개발했다. 화학연 제공

채호정 화학연 박사 연구팀이 개발한 '촉매 물질'로, 기존 공정에 비해 약 100℃ 낮은 온도에서 40% 가량 수소를 더 많이 생산할 수 있다. 화학연 제공

암모니아를 이용해 수소를 기존보다 40% 가량 더 많이 생산할 수 있는 촉매 공정기술이 나왔다.

한국화학연구원은 채호정 박사 연구팀이 암모니아로부터 수소를 기존 공정보다 100℃ 낮은 온도에서 40% 높은 효율로 생산할 수 있는 '에너지 저감형 촉매 공정'을 개발했다고 25일 밝혔다.

암모니아는 질소와 수소의 결합으로 이뤄져 수소를 생산하려면 암모니아에 포함된 질소와 수소를 순차적으로 분리해야 한다. 이 때 높은 열을 가해주면 화합물에 포함된 원자가 분리되는 화학반응이 일어나는데, 촉매를 통해 온도를 내릴 수 있다.

현재 수소는 고압의 기체 수소로 저장·운송하는 방법이 쓰이고 있지만, 폭발 위험이 있고, 비용이 비싸 저장하는 데 한계가 있다. 전 세계적으로 암모니아를 분해해 수소를 추출하는 촉매 공정은 이동이 안전하고 비교적 액화가 쉬워 주목받고 있다.

연구팀은 암모니아 분해에 최적화된 세륨과 란타넘이 포함된 복합산화물 지지체를 합성한 후, 이 지지체 표면에 루테늄 금속 나노입자를 고루 분산시켜 새로운 촉매를 개발했다. 촉매 표면에 루테늄의 전자가 많을수록 암모니아로부터 질소의 재결합-탈착 반응이 잘 일어나는 것을 발견하고, 촉매 지지체를 설계한 것이다.

이 촉매 공정은 기존 공정보다 100℃ 낮은 450℃에서 수소를 100% 생산할 수 있고, 400℃ 온도에서 90% 이상의 높은 효율로 수소를 생산할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

또한 새 촉매는 기존 촉매와 비교해 같은 조건에서 수소 생산량을 40% 가량 높일 수 있고, 촉매 반응이 일어나는 활성점에서 4배 가량 반응이 더 잘 일어났다. 또 수백 시간 이상의 내구성 테스트에서도 안정적인 성능을 보여줬다.

채호정 화학연 박사는 "암모니아 기반 대형 수소생산 플랜트, 수소 발전, 수소 스테이션, 수소 선박 등에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 에너지 환경 분야 국제 학술지 '응용촉매B-환경(지난해 12월 25일자)'에 온라인으로 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr