암모니아에서 친환경 수소 뽑아낼 핵심 기술 개발

한국에너지기술연구원 등 분해 반응기 핵심기술 연구

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 암모니아에서 친환경 수소를 뽑아낼 핵심 기술을 개발했다.

정운호 한국에너지기술연구원 박사.(사진=한국에너지기술연구원)

한국에너지기술연구원은 정운호 수소연구단 박사 연구팀이 씨이에스, 현대자동차, 젠스엔지니어링, 한국과학기술연구원 연구진과 함께 암모니아를 원료로 하는 수소생산용 가압형 암모니아 분해 반응기 핵심기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

암모니아로부터 고순도 수소를 생산하는 공정은 3단계로 이뤄진다. 우선 암모니아를 고온에서 질소, 수소로 분해하고, 상온에서 미반응 잔류암모니아를 없앤다. 이후 상온 PSA(압력변동흡착) 공정에서 수소를 분리해 99.97% 이상의 고순도 수소를 만든다. 연구원은 여기에서 수소생산의 핵심인 암모니아를 질소, 수소로 분해하는 반응기와 촉매를 개발했다.

연구진이 만든 암모니아 분해 반응기는 버너를 중심으로 도넛 모양의 금속구조체 촉매가 채워진 8개의 반응기 튜브에 열을 가하고, 암모니아는 촉매를 거쳐 수소와 질소로 분해된다. 이때 각 반응기에 같은 양의 암모니아를 공급하고 온도를 유지하는 것이 중요하다.

연구진은 자체 설계한 암모니아 분배기를 이용해 각 반응기에 암모니아를 균일하게 공급했다. 다양한 변수에 대한 실험을 통해 암모니아가 분해되는 최적의 조건을 도출했다. 분해된 고온의 분해가스는 열교환해 원료인 암모니아 예열에 다시 써서 분해 효율을 높였다.

암모니아 분해반응과 같이 열공급이 필요한 반응은 열전달 특성이 우수한 금속구조체 촉매를 사용하는 것이 좋지만, 코팅된 촉매가 떨어져 나가는 박리현상이 걸림돌이었다. 연구진은 독자적으로 개발한 코팅기술도 적용해 금속구조체 표면에 촉매를 균일하고 얇게 코팅함으로써 박리현상을 억제하고, 촉매 사용량도 줄였다.

정운호 박사는 “고효율 암모니아 분해 촉매반응기 기술로 그린수소를 대량으로 만들 수 있다”며 “해외에서 암모니아 형태로 청정수소를 수입할 때 이 기술로 경제성을 높여 수소를 공급할 수 있다”고 말했다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)