친환경 암모니아 대량 생산한다…생산 비용도 15% 절감

한국에너지기술연구원 청정연료연구실 연구진
저압력·고효율 암모니아 생산 공정 개발
암모니아 생산 비용 15% 절약

한국에너지기술연구원 연구진이 암모니아 생산 효율을 높이는 촉매 기술과 공정을 개발했다. 연구진은 실험실 안에 암모니아 생산 시설을 갖추고 순도 99.9%의 암모니아를 생산하는 데 성공했다./한국에너지기술연구원

국내 연구진이 암모니아 생산에 필요한 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 기술을 개발했다. 고효율 촉매를 사용해 낮은 압력에서도 암모니아 합성이 가능하게 하는 기술이다. 친환경 에너지원인 수소와 무탄소 연료의 상용화에 기여할 수 있을 것으로 기대를 모은다.

윤형철 한국에너지기술연구원 청정연료연구실장이 이끄는 연구진은 6일 암모니아 생산에 필요한 압력을 3분의 1로 낮출 수 있는 촉매 기술을 개발했다고 밝혔다.

암모니아는 합성 비료의 원료로 인류의 식량 생산 증가에 큰 기여를 한 물질이다. 질소와 산소가 결합한 형태로 액체 수소보다 부피당 1.7배 많은 수소를 저장할 수 있어 최근에는 친환경 에너지원인 수소를 저장·운반하는 수단으로 주목받고 있다. 탄소를 포함하지 않으면서 큰 열량을 낼 수 있어 무탄소 대체 에너지로도 연구되고 있다.

암모니아 생산 공정은 1909년 개발된 ‘하버법’이 여전히 사용되고 있다. 고온·고압에서 질소와 수소를 반응시켜 암모니아로 만드는 과정이다. 하버법은 400도의 고온과 대기압의 100배에 이르는 150bar의 고압이 필요하다. 대량 생산이 쉽다는 장점이 있으나 많은 에너지가 필요해 최근에는 대체 공법의 개발이 활발히 연구 중이다.

연구진은 고효율 촉매를 개발해 암모니아 생산 공정의 압력을 50bar까지 낮추는 데 성공했다. 기존 암모니아 공정에서 사용하는 압력의 3분의 1 수준으로, 암모니아 생산에 드는 에너지를 크게 절약할 것으로 기대를 모은다.

연구진은 루테늄과 산화바륨을 이용해 고효율 촉매를 만들었다. 촉매 개발에 필요한 온도도 기존 160도에서 상온(약 25도)으로 낮추고 합성 시간도 30% 수준으로 단축했다.

개발한 촉매의 효율은 실험실 안에 작은 공장을 만들어 시험했다. 하루에 1㎏의 암모니아를 만들 수 있는 공정을 만들고 새로운 공정도 적용했다. 그 결과, 순도 99.9%의 암모니아를 생산하면서도 비용은 15% 이상 절약할 수 있는 것으로 나타났다.

연구진은 올해 하루에 암모니아를 5㎏ 생산하는 공정을 만들고 추후에는 50㎏까지 규모를 늘려 생산 공정 실증을 이어나갈 계획이다.

윤 실장은 “저온·저압, 저비용 암모니아 생산 기술은 탄소중립의 미래를 앞당길 수 있는 열쇠가 될 것”이라며 “청정수소와 무탄소 연료 도입을 위한 암모니아 생산 플랜트 국산화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

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