에너지기술硏, 자동화 합성장치로 나노촉매 구현…내년 상용화 예정
[이투뉴스] 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 청정연료연구실 박지찬 박사 연구진이 기존 상용촉매보다 수소생산성이 1.9배 뛰어난 니켈 나노촉매를 자동화 합성장치로 구현했다.
기존에 사용한 나노촉매들은 비싼 원료물질을 이용한 다단계 습식공정이나 침전, 다양한 열처리 등 복잡한 과정이 필요해 단순공정과 저가로 얻을 수 있는 기술개발이 요구됐다.
연구진은 비싼 수입 금속전구체 대비 15% 수준으로 저렴한 국산 금속전구체를 사용하면서 고성능 나노촉매를 얻을 수 있는 자동화 촉매 합성장치 및 제조법을 개발했다. 이 기술을 바탕으로 각각 4.5, 7.9, 8.8 나노미터 등 균일한 크기를 가지는 니켈 나노입자를 25% 높은 중량비로 알루미나, 활성탄, 실리카 지지체에 가진 나노촉매들을 합성하는데 성공했다.
자동화 합성에 적용된 핵심기술은 한정된 지지체 기공 안에 용융된 금속화합물을 균일하게 함침한 뒤 적정조건에 열분해시키는 '용융함침공정'이다. 유해 용매를 쓰지 않아 친환경적이며 쉽고 간편하게 우수한 나노촉매를 얻을 수 있다.
이번 연구에서 자동화기술로 합성된 니켈·알루미나계 나노촉매는 수소생산을 위한 메탄-수증기 개질반응에 적용돼 기존 상용촉매보다 훨씬 높은 반응성과 메탄 전환율, 고온 안정성을 보였으며 1.9배 향상된 수소생산성으로 기술이 우수하다는 점을 증명했다.
연구진은 "비전문가도 이번에 구현한 자동화 합성장치를 이용하면 신뢰도 있는 고성능 나노촉매들을 쉽게 합성할 수 있다는 것을 실증했다"며 자동화 기술 확장을 통해 고체촉매 뿐만 아니라 다양한 나노물질 합성도 가능하다"고 말했다. 또 "연구과정에서 얻어진 여러 우수물질 제조법들은 플랫폼기술을 통해 4차 산업혁명 시대에 꼭 필요한 나노소재 합성 빅데이터로도 활용 가능할 것"으로 내다봤다.
용융함침공정기반 체계적 자동화 합성시스템 기술개발은 에너지기술연구원과 자동화 장치 전문기업인 하이젠이 공동연구를 하고 있으며, 내년부터 기술을 상용화 할 예정이다.
이번 연구는 에너지기술연구원 주요사업과 중소벤처기업부 중소기업지원 선도연구기관 협력기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 영국왕립화학회에서 발간하는 화학 및 화학공학 전문학술지 ‘Reaction Chemistry & Engineering’ 7월호 뒤표지 논문으로 선정됐다.
진경남 기자 jin07@e2news.com