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암모니아에서 수소 뽑아 쓴다… 촉매 성능 2.5배 향상

김만기 기자

파이낸셜뉴스

입력 2020.12.22 12:08

수정 2020.12.22 12:08

KIST, 기존 촉매보다 루테늄 40% 사용해도 성능 좋아져
KIST 연구진이 개발한 암모니아 분해용 촉매 구조. KIST 제공
KIST 연구진이 개발한 암모니아 분해용 촉매 구조. KIST 제공


[파이낸셜뉴스] 정부가 수소경제와 탄소중립을 위해 수소를 안전하게 저장·운송하는 연구개발(R&D)이 한창이다. 한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구단 손현태, 윤창원 박사팀이 암모니아(NH₃)에서 수소(H)를 뽑아낼때 사용하는 촉매를 저렴하게 만들었다고 22일 밝혔다. 이 촉매는 기존보다 루테늄 사용량을 60% 줄였음에도 불구하고 암모니아에서 고순도의 수소를 만들어냈다.

손현태 박사는 "이 촉매는 성능과 내구성이 기존의 촉매보다 높아 암모니아에서 고순도 수소를 생산하는 공정의 상용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 말했다.

연구진은 루테늄과 미세한 구멍이 뚫린 제올라이트를 진공에서 열처리해 암모니아 분해용 촉매를 만들었다. 이렇게 만든 촉매는 기존 촉매보다 루테늄을 40%만 사용하고도 암모니아 분해 성능이 2.5배 향상됐다.
또 나노미터 크기로 제올라이트에 붙은 루테늄은 높은 온도에서도 안정적으로 반응해 내구성문제까지 해결됐다.

윤창원 박사는 "이 촉매를 현재 R&D 중인 대용량 암모니아 분해 수소생산 공정에 적용하면 궁극적으로 국가간 대용량 수소운송 상용화에 도움이 될 것"이라고 개대했다.

우리나라는 아직까지 암모니아를 전량 수입해오고 있다. 정부는 해안가에 암모니아 분해 수소생산 시스템을 구축해 국내에 들어오는 암모니아를 곧바로 처리하는 방안을 구상하고 있다. 또한 수소 충전소마다 암모니아 분해 시스템을 설치, 충전소에서 수소로 전환하는 방법도 가능하다.

액화 암모니아는 1㎥당 108㎏의 수소를 저장할 수 있다. 이는 액화 수소보다 1.5배 많은 양이다. 또한 암모니아는 현재 전 세계적으로 연간 2억t 이상이 생산, 산업에 사용하고 있어 기존 대용량 저장 및 장거리 운송을 위한 인프라를 그대로 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다.

현재 국내 공동연구진은 암모니아 분해 수소생산 시스템을 만들기 위한 R&D가 한창이다. KIST는 촉매, 한국에너지기술연구원과 민간기업 CES는 반응기, 현대자동차는 암모니아 흡착, 젠스엔지니어링이 수소와 질소를 분리하는 연구를 진행중이다.

이를 통해 현재 시간당 20N㎥의 수소를 만들어내는 파일럿 규모의 시스템을 개발중이다. 이 파일럿 시스템은 10시간 가동했을 경우 수소차 3~4대를 충전할 수 있는 수소를 만들어낼 수 있는 규모다.


이번 연구는 신재생에너지 핵심기술개발 사업으로 진행, 연구 결과는 에너지 환경 분야 저명 국제 학술지인 '응용 촉매 B-환경(Applied Catalysis B-Environmental)' 최신호에 게재됐다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자

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