암모니아(NH3)를 활용해 수소 저장·이동·생산 효율을 높일 수 있는 촉매 공정기술이 개발됐다. 기존 촉매 공정보다 약 100도 낮은 온도에서 40% 더 많은 수소를 생산할 수 있다.
한국화학연구원(원장 이미혜)은 채호정 연구팀이 에너지 저감형 고효율 수소생산 촉매 공정을 개발했다고 25일 밝혔다.
수소는 고압 기체수소로 저장·운송 과정에서 폭발 위험이 있고 저장 운송 비용도 많이 든다. 이를 해결할 수 있는 방법 가운데 하나가 암모니아를 이용한 것이다.
암모니아가 촉매와 반응하면 수소 원자 3개는 떨어지고 질소 원자 1개만 남게 된다. 남은 질소 원자 2개는 재결합해 질소 분자 기체로 떨어져 나간다.
연구팀은 이런 질소 재결합-탈착 반응의 활성화에너지(반응이 일어나는데 필요한 최소 에너지)를 낮춰 암모니아에서 수소를 고효율로 생산할 수 있는 촉매를 개발했다. 암모니아 분해에 최적화된 세륨(Ce)과 란타넘(La)이 포함된 복합산화물 지지체를 합성하고, 이 지지체 표면에 루테늄(Ru) 금속 나노입자를 고르게 분산시킨 새로운 촉매다.
이 촉매를 이용한 공정은 기존 공정보다 100도가량 낮은 450도에서 기존 수소생산과 동일한 성능을 나타냈다. 더 낮은 400도에서도 기존 대비 90% 이상의 수소 생산 효율을 보였다.
또 기존 촉매와 같은 조건에서 수소 생산량은 약 40% 향상됐고, 촉매 반응이 일어나는 부분(활성점)에서 약 4배 더 반응이 잘 일어났다. 수백시간 이상 내구성 테스트에서도 안정적인 성능을 나타냈다.
새로운 촉매는 기본 화학공정 방법인 침전법으로 비교적 쉽고 간단하게 제조할 수 있어 대량생산과 상용화에 유리하다.
채호정 연구원은 “새로 개발한 암모니아 분해 촉매시스템은 암모니아 기반 대형 수소 생산 플랜트, 수소 발전, 수소 스테이션과 선박 분야 등 다양한 응용 공정 개발을 촉진하고 그린 수소 사회 정착에도 기여할 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
