에너지연, 탄소중립 앞당길 '친환경 암모니아' 양산 기반 마련…최고 수준 촉매 양산법 개발

한국에너지기술연구원이 세계 최고 수준의 저압 암모니아 합성 촉매 양산법을 개발했다. 사진은 펠릿 형태로 구현한 실제 촉매.

암모니아가 수소 저장·운반 수단이자 무탄소 연료로 주목받는 가운데, 우리 연구진이 세계 최고 수준의 저압 암모니아 합성 촉매 양산법을 개발했다. 이렇게 만든 촉매는 기존 '하버-보슈 공정'에 필요한 3분의 1 압력으로 99.9% 고순도 암모니아 생산이 가능하다.

한국에너지기술연구원은 윤영철 청정연료연구실 박사팀이 이같은 성과를 도출했다고 6일 밝혔다.

기존 하버-보슈 공정은 화석연료에서 생산한 수소와 대기 중 질소를 고온·고압 반응시켜 암모니아를 합성하는데, 과정 중 이산화탄소 방출과 에너지 소모가 큰 점이 문제다.

게다가 우리나라는 암모니아를 100% 수입하고 있다. 기존 공정을 개선하면서, 암모니아 양산문제까지 해결할 방책이 필요하다.

이에 에너지연 연구진이 기존 하버-보슈 공정 한계를 극복하는 암모니아 합성 촉매 양산 촉매 성형법을 개발했다.

촉매를 작은 조각(펠릿) 형태로 만들어 제품화했고, 기존 160도 고온 제조 촉매를 상온에서 제조할 수 있도록 해 합성 시간을 기존 대비 3분의 1로 줄였다.

한국에너지기술연구원의 저압 암모니아 합성 촉매 양산법 기술 개발 연구진. 아래줄 가운데부터 시계방향으로 윤형철 책임연구원, 이경호 선임연구원, 김재형 선임연구원, 범희태 선임기술원, 김선형 책임연구원, 심준목 책임연구원.

이런 촉매를 활용해 일일 1㎏ 암모니아를 생산할 수 있는 실험실 규모 공정을 구축, 50바(bar) 저압에서도 99.9% 고순도 암모니아 생산에도 성공했다.

연구진이 구축한 국내 유일 암모니아 생산 공정으로 성능을 평가한 결과 50바 저압, 400도 이하 저온에서도 암모니아 생산에 성공했다.

연구진은 자체 개발한 촉매 양산법과 독자 설계 암모니아 생산 공정으로 암모니아 생산 소요 비용을 15% 이상 절감할 수 있을 것으로 기대했다.

기존 공정보다 압력이 낮아지면서 압축기, 반응기 등 제작비용도 덩달아 낮아져 전체 생산 비용도 줄어든다.

윤형철 박사는 “저압·저온 저비용 암모니아 생산 기술은 탄소중립의 미래를 앞당길 수 있는 열쇠가 될 것”이라며 “향후 청정수소 및 무탄소 연료 도입을 위한 암모니아 생산 플랜트 국산화에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

한편 연구진은 2024년 암모니아 생산과 장기 운전을 통해 안정성을 확보하고 일일 5㎏ 생산 공정을 제작할 계획이다. 나아가 일일 50㎏ 규모에서 검증해 우리나라가 청정 암모니아 생산국 지위를 확보하는데 기여코자 한다고 밝혔다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com