암모니아→수소 ‘분해성능 3배’…에너지硏, 촉매기술 국산화 개발

에너지 20%↓, 수소 생성 1.7배↑

한국에너지기술연구원 연구진이 개발한 기술로 촉매합성 실험을 하고있다. [에너지연 제공]

한국에너지기술연구원 수소연구단 구기영 박사 연구팀은 기존 방식보다 3배 더 높은 분해 성능을 갖춘 신개념 촉매 기술 개발에 성공했다.

3개의 수소 원자와 1개의 질소 원자로 구성된 암모니아는 수소 함량이 높아 장거리 운송과 대용량 저장이 가능한 수소 운반체로 주목받고 있다. 이미 전 세계적으로 운반, 저장 인프라가 갖춰져 있어 다른 수소 운반체에 비해 경제적으로 수소를 운반할 수 있다. 하지만 수요지에서 암모니아를 분해해 수소를 생산하는 기술은 아직 초기 개발 단계에 머물러 있다.

이 기술의 핵심은 루테늄(Ru) 촉매다. 루테늄을 사용하면 다른 촉매보다 100도 이상 낮은 500도~600도의 온도 조건에서도 암모니아를 빠르게 분해할 수 있다. 문제는 루테늄이 소수의 국가에만 존재하는 매우 희귀한 금속이라 구하기 어렵다는 점이다.

현재까지는 적은 양으로도 성능을 내기 위해 크기를 나노 수준으로 줄여 활용하고 있다. 하지만 나노 촉매는 대량 생산 공정이 복잡하고 제조 비용도 높아 암모니아 분해 기술의 상용화를 저해하고 있다.

연구진은 촉매의 경제성을 개선할 수 있는 폴리올 공정 기반의 신개념 루테늄 촉매 합성법을 개발했다. 이를 통해 생산한 촉매는 기존 촉매에 비해 3배 이상 높은 암모니아 분해 성능을 나타냈다.

폴리올 공정은 주로 금속을 나노 입자로 합성하는 데 쓰이는 공정이다. 기존 공정에서는 입자끼리 뭉치는 현상을 막기 위해 안정화제를 넣는데, 이로 인해 공정이 복잡해지고 비용도 증가한다는 단점이 있었다. 이에 연구진은 안정화제를 사용하지 않고도 나노 입자의 응집을 제어하는 방법을 고안했다.

구기영 박사는 “이번에 개발된 암모니아 분해 촉매 합성 기술은 암모니아 분해 촉매 기술 국산화와 실용화에 기여할 수 있을 것”이라며 “앞으로 펠릿 촉매 양산과 다양한 암모니아 크래킹 시스템 적용을 통해 성능 검증을 진행할 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구성과는 나노분야 국제학술지 ‘스몰(Small)’ 표지논문으로 게재됐다. 구본혁 기자