화학뉴스

국내 연구진이 암모니아(Ammonia)를 활용해 수소를 저장‧이동‧생산할 수 있는 고효율 촉매 공정기술을 개발했다.
한국화학연구원 채호정 박사팀은 암모니아로부터 수소를 생산하면서 기존 촉매 공정보다 섭씨 약 100도 낮은 온도에서 40% 가량 더 많은 양의 수소를 생산할 수 있는 에너지 저감형 촉매 공정을 개발했다고 밝혔다.
수소는 고압의 기체수소로 저장·운송하는 방법이 주로 사용되고 있으나 폭발위험이 있고 비용이 고가이며 저장량에 한계가 있다는 단점이 있다.
이에 따라 화학식이 NH3로 수소(H)가 포함돼 있는 암모니아는 비교적 쉽게 액화할 수 있고 수소의 안전한 이동이 가능하다는 점에서 주목받고 있다.
연구팀에 따르면, 암모니아로부터 수소를 생산하려면 암모니아에 포함된 질소와 수소가 순차적으로 잘 분리되도록 열을 가해야 하며 촉매를 통해 온도를 내리는 작업이 필요하다.
연구팀은 질소의 재결합-탈착 반응의 활성화 에너지를 낮추어 암모니아로부터 수소를 고효율로 생산할 수 있는 새로운 촉매(Ru/LaxCe1-xOy)를 개발했다.
암모니아 분해에 최적화된 세륨(Ce)과 란타넘(La)이 포함된 복합산화물 지지체를 합성하고 지지체 표면에 루테늄(Ru) 금속 나노입자가 고르게 분산된 형태로, 촉매 표면에 있는 루테늄 전자가 풍부해질수록 암모니아로부터 질소의 재결합-탈착 반응이 잘 일어난다는 것을 발견하고 루테늄에 전자를 잘 전달할 수 있도록 촉매 지지체를 설계한 것으로 알려졌다.
새로운 촉매 공정에서는 기존 공정보다 100도 가량 낮은 450도에서 수소를 100% 생산할 수 있고 400도 온도에서도 90% 이상의 높은 효율로 수소를 생산할 수 있다.
검증에서 새로운 촉매는 기존에 보고된 촉매들보다 수소 생산량이 약 40% 향상됐고 촉매의 반응이 일어나는 부분(활성점)에서 약 4배 더 반응이 잘 일어나는 것으로 확인됐으며 수백시간 이상의 내구성 테스트에서도 안정적인 성능을 확보했다.
또 새로운 촉매는 기본 화학공정 방법인 침전법으로 비교적 쉽고 간단한 제조할 수 있어 대량생산과 상용화에 유리한 것으로 평가되고 있다.
채호정 박사는 “개발한 암모니아 분해 촉매 시스템을 바탕으로 암모니아 기반 대형 수소 생산설비, 수소 발전, 수소 스테이션과 선박 분야 등 다양한 응용공정 개발이 활발하게 이루어질 것”이라며 “그린수소 사회 정착에 미치는 영향이 클 것으로 기대하고 있다”고 강조했다.
연구 성과는 세계적인 에너지·환경 분야 권위지인 응용촉매 B-환경(Applied Catalysis B-Environmental) 최신호에 게재됐다. (강윤화 선임기자)