화학硏, 암모니아 분해 촉매 개발…저렴한 ‘코발트-철’로 귀금속 대체

이수언 한국화학연구원 연구원이 이번에 개발한 비귀금속 기반 촉매 샘플을 보여주고 있다./한국화학연구원

국내 연구진이 비귀금속인 ‘코발트-철(CoFe)’ 기반 암모니아 분해 촉매를 개발했다. 기존의 귀금속 촉매를 대신할 수 있는 기술로 고비용 문제를 해결했다.

한국화학연구원 이수언 연구원과 채호정 책임연구원 연구팀은 CoFe 기반의 층상 이중산화물(LDO)에 세륨 산화물을 도입해 낮은 온도에서 높은 암모니아 분해 효율을 가진 촉매 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

암모니아는 수소를 안전하고 효율적으로 저장·운송할 수 있는 친환경 에너지원이다. 암모니아로부터 수소를 추출하려면 높은 온도에서 암모니아를 수소와 질소로 분해하는 화학반응이 필요하다. 촉매를 사용하면 낮은 온도에서도 분해 효율을 높일 수 있는데, 가장 성능이 좋은 촉매는 귀금속인 루테늄이다. 하지만 루테늄은 가격이 비싸고 분해 효율에도 한계가 있다.

화학연 연구팀은 저렴한 코발트-철 기반의 새로운 비귀금속 촉매를 개발했다. 이 촉매는 저렴한 비용으로 우수한 암모니아 분해 성능을 보이고, 저온에서도 높은 효율을 유지하고 장기간 운전이 가능하다.

연구진이 개발한 촉매는 섭씨 450도의 온도에서 최고 81.9%의 암모니아-수소 전환율을 달성했다. 다른 촉매들보다 50도 이상 낮은 온도에서 효율은 더 높았다. 550도의 온도에서 장시간 연속 운전을 한 후에도 촉매의 구조적 변화가 거의 없었고, 수소 생산 효율도 유지됐다.

연구진은 “이번에 개발된 촉매는 암모니아 기반 대형 수소 생산 플랜트, 수소 발전, 수소 스테이션과 선박 분야 등에서 활용될 수 있으며, 특히 암모니아를 수소 저장체로 활용하는 시스템에 적용할 수 있다”고 말했다.

연구진은 추가 연구를 통해 촉매의 저온 수소 생산 성능을 향상하고, 최적화 과정을 거쳐 2030년 상용화를 목표로 하고 있다.

참고 자료

Chemical Engineering Journal(2024), DOI : https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156986

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