화학뉴스

한국화학연구원이 니켈을 활용해 암모니아(Ammonia)로부터 수소를 생산할 수 있는 저비용 고효율 촉매 제조기술을 개발했다.
암모니아는 촉매를 활용하면 분해해 수소를 생산할 수 있으며 촉매로 귀금속인 루테늄이 가장 우수한 성능을 나타내나 루테늄이 희소금속으로 고가이기 때문에 루테늄을 대체할 수 있는 촉매 기술 개발이 세계적으로 진행되고 있다.
현재 대체 촉매로 루테늄을 사용했을 때보다 최대 70배 정도 낮은 가격으로 촉매를 공급할 수 있는 니켈이 주목받고 있으나 니켈 촉매는 암모니아 분자와의 상호작용이 약해 상대적으로 성능이 떨어지고 암모니아 분자 활성화를 위해 섭씨 600도 이상의 고온이 필요하다는 단점이 있다.
화학연구원 채호정 박사팀은 니켈 촉매 성능 향상 연구를 진행해 간편한 제조공정으로 암모니아 분해효율을 높일 수 있는 새로운 니켈 촉매 공정 기술을 개발했다.
세륨 이온, 알루미늄 이온, 니켈 이온을 한꺼번에 반응시키는 간편공정으로 새로운 촉매를 만들었으며 합성된 촉매는 세륨이 소량 포함된 알루미나(Al2O3) 지지체 표면에 니켈이 고르게 분산돼 결합한 구조를 갖고 있는 것으로 알려졌다.
연구팀은 양이온과 음이온 포함물질들을 물에 넣고 한번에 반응시키는 양이온-음이온 이중 가수분해(CADH) 원리를 이용해 간편한 원팟(One-pot) 공정으로 촉매를 합성함으로써 공정의 효율을 향상시켰다.
새로운 합성법을 활용하면 니켈이 지지체에 고르게 분산되고 지지체와 니켈의 결합력이 강해져 촉매 성능이 높아지는 것으로 나타났다.
새 촉매는 기존 니켈 촉매와 비교해 최대 3배 가량의 암모니아 분해효율을 나타내고 루테늄 촉매와 동등한 수준이거나 이상의 암모니아 분해효율을 보여 루테늄을 대체할 수 있는 저렴한 상용 촉매로 주목되며 100시간 이상의 내구성 실험에서도 안정적인 성능을 유지했다.
연구 결과는 에너지·환경 분야 세계 상위 1% 저널인 응용촉매 B-환경(Applied Catalysis B-Environmental) 최신호에 발표됐다.
채호정 박사는 “새로 개발한 암모니아 분해 촉매는 비귀금속으로 기존의 고가 귀금속 촉매의 응용 한계를 극복했다”면서 “다소 높은 반응온도 열원 공급이 가능한 제철, 시멘트 등의 다양한 산업 공정과 연계한 수소생산 응용공정 개발이 활발하게 이루어질 것으로 기대한다”고 강조했다. (K)