'전량 수입하는 비료용 암모니아 촉매 국산화' 친환경 생산 기술 개발

에너지연, 저압 암노니아 합성촉매 양산기술 개발

합성비료 원료인 암모니아를 친환경 공법으로 대량 생산할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국에너지기술연구원(이하 에너지연)은 청정연료연구실 윤형철 박사 연구팀이 세계 최고 수준의 저압 암모니아 합성 촉매를 대량 생산할 수 있는 양산기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

저압 암모니아 합성 팰릿 촉매. 한국에너지기술연구

현재 암모니아 생산방법은 1909년 개발된 ‘하버-보슈 공정’을 기반으로 한다.

하버-보슈 공정은 화석연료에서 생산한 수소와 공기 중 질소를 고온고압 반응시켜 암모니아를 합성하는 공정으로, 에너지 소모가 크고 이산화탄소를 방출하는 단점이 있다.

게다가 암모니아 생산기술은 해외 플랜트기업이 독점해 우리나라는 암모니아를 100% 수입하고 있다.

청정 암모니아 가치 사슬. 한국에너지기술연구원

에너지연 연구팀은 하버-보슈 공정의 한계를 극복, 암모니아 합성 촉매를 양산하기 위한 제법과 촉매 성형법을 개발했다.

또 암모니아를 하루 1㎏ 생산할 수 있는 실험실 규모 공정을 구축, 50㍴의 저압에서도 99.9%의 고순도 암모니아 생산에 성공했다.

특히 연구팀은 KAIST 최민기 교수팀과 공동 개발한 분말 형태 루테늄/산화바륨 촉매를 원주형 펠릿 형태로 만들어 상업적으로 활용할 수 있도록 제품화하고, 이를 상온에서 제조할 수 있도록 개발함으로써 기존 160℃ 고온에서 제조되는 것에 비해 에너지 소모를 대폭 감소시키고 합성시간도 1/3로 줄여 생산효율을 높였다.

이 촉매를 연구팀이 만든 암모니아 생산공정에 투입한 결과 기존 생산법보다 비용을 15% 이상 절감할 것으로 기대된다.

아울러 기존 공정보다 낮아진 압력으로 공정 구성품인 압축기, 반응기 제작비용도 낮아져 전체 생산비용을 더욱 줄일 수 있을 전망이다.

연구팀은 올해 암모니아 생산공정을 하루 5㎏까지 확대하고, 추후 파일럿 규모인 하루 50㎏까지 늘릴 예정이다.
 윤 박사는 “저압, 저온, 저비용 암모니아 생산기술로 탄소중립의 미래를 앞당길 수 있는 열쇠가 될 것”이라며 “향후 청정수소와 무탄소연료 도입을 위한 암모니아 생산 플랜트 국산화에 기여하겠다”고 말했다.

저압 암모니아 합성 촉매를 개발한 청정연료연구실 연구팀. 한국에너지기술연구원

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com