화학연구원, 암모니아서 고효율로 수소 생산 촉매 개발

기존 촉매 공정보다 100도 낮은 온도서 수소 생산량 40% 향상
채호정 박사팀, 에너지·환경 분야 국제 학술지에 연구 성과 발표

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 암모니아를 활용해 수소를 저장, 이동 및 생산할 수 이는 고효율 촉매 공정 기술을 개발했다.

한국화학연구원은 채호정 박사팀이 암모니아로부터 수소를 생산하면서 기존 촉매 공정보다 약 100도 낮은 온도에서 40% 가량 더 많은 양의 수소를 생산할 수 있는 '에너지 저감형 촉매 공정'을 개발했다고 25일 밝혔다.

수소는 고압의 기체수소로 저장·운송하는 방법이 주로 사용되고 있으나 폭발위험이 있고 비용이 고가이며 저장량에 한계가 있다는 단점이 있다.

이로 화학식이 NH3로 수소(H)가 포함돼 있는 암모니아가 비교적 쉽게 액화할 수 있고 수소의 안전한 이동이 가능한 장점에 따라 수소분야서 부각되고 있다.

연구팀에 따르면 암모니아로부터 수소를 생산하려면 암모니아에 포함된 질소와 수소가 순차적으로 잘 분리되도록 열을 가해야 하며 이때 촉매를 통해 온도를 내리게된다.

이변 연구서 채 박사팀은 질소의 재결합-탈착 반응의 활성화에너지를 낮춰 암모니아로부터 수소를 고효율로 생산할 수 있는 촉매를 새로 개발했다.

새로운 촉매(Ru/LaxCe1-xOy)는 암모니아 분해에 최적화된 세륨(Ce)과 란타넘(La)이 포함된 복합산화물 지지체를 합성하고 이 지지체 표면에 루테늄(Ru) 금속 나노입자가 고르게 분산된 형태로 제작됐다.

연구팀은 촉매 표면에 있는 루테늄의 전자가 풍부해질수록 암모니아로부터 질소의 재결합-탈착 반응이 잘 일어난다는 것을 발견하고 루테늄에 전자를 잘 줄 수 있도록 촉매 지지체를 설계했다고 설명했다.

이 촉매 공정에서는 기존 공정보다 100도 가량 낮은 450도에서 수소를 100% 생산할 수 있고 400도 온도에서도 90% 이상의 높은 효율로 수소를 생산할 수 있다.

실제 검증시험에서 새로운 촉매는 기존에 보고된 촉매들보다 수소 생산량이 약 40% 향상됐고 촉매의 반응이 일어나는 부분(활성점)에서 약 4배 더 반응이 잘 일어나는 것으로 확인됐다. 수백시간 이상의 내구성 테스트에서도 안정적인 성능을 확보했다.

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

이번 연구결과를 세계적인 에너지·환경분야 권위지인 '응용촉매 B-환경(Applied Catalysis B-Environmental)' 최신호에 발표했다.(논문명:암모니아 분해로부터 무탄소 수소 생산을 위한 루테늄이 담지된 란타넘-세륨 복합산화물 고효율 촉매)

채호정 박사는 "개발한 암모니아 분해 촉매시스템을 바탕으로 암모니아 기반 대형 수소 생산 플랜트, 수소 발전, 수소 스테이션과 선박분야 등 다양한 응용 공정 개발이 활발하게 이뤄질 것"이라며 "그린 수소사회 정착에 미치는 영향이 클 것으로 기대한다"고 말했다.

☞공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com