암모니아 청정수소, 생산과 정제 동시에
암모니아 청정수소, 생산과 정제 동시에
  • 채덕종 기자
  • 승인 2022.10.26 08:37
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

에기硏, 암모니아 분해로 탄소배출 없는 수소 생산기술 개발
반응과 동시에 수소정제까지…99.99%이상 고농도 수소 생산

[이투뉴스] 암모니아를 이용 한 번에 수소를 생산하고 정제까지 하는 기술이 우리 연구진에 의해 개발됐다. 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 고온에너지전환연구실 이신근 박사 연구진이 암모니아를 수소로 분해함과 동시에 정제가 가능한 통합형 분리막 반응기를 개발해 99.99% 이상의 고순도 수소를 생산하는데 성공했다.

이번에 개발한 저온 촉매-분리막 복합 암모니아 개질 기술은 500℃ 이하 저온에서 팔라듐 분리막 반응기를 이용해 암모니아로부터 그린수소를 생산할 수 있는 기술로, 국내 연구진이 수년간의 연구개발 끝에 국산화에 성공했다.

청정수소 생산을 위한 여러 방안 중 저압, 고온에서 액체이며 액화 저장과 운송이 용이한 암모니아를 활용해 수소를 생산하는 방법이 주목 받고 있다. 암모니아에서의 수소 추출은 촉매를 이용한 분해 방식을 주로 사용한다.

하지만 상용 촉매의 활성이 낮아 분해율을 높이기 위해선 600℃ 이상으로 온도를 올려야 하는 단점이 있다. 또 고순도 제조를 위해 PSA(압력스윙흡착)로 질소를 제거하는데, 질소만 흡착할 수 있는 흡착제의 한계로 고순도 생산이 어렵다.

▲에기연 연구진이 국산화에 성공한 팔라듐 복합 분리막(위)과 하루 2kg 수소 생산이 가능한 분리막 반응기(아래).
▲에기연 연구진이 국산화에 성공한 팔라듐 복합 분리막(위)과 하루 2kg 수소 생산이 가능한 분리막 반응기(아래).

이에 연구진은 팔라듐 분리막과 암모니아 분해 촉매로 100℃ 이상 낮은 온도에서 암모니아를 98% 이상 분해함과 동시에 정제가 가능한 일체형 분리막 반응기 개발에 성공했다.

기존 암모니아 기반 수소 추출을 위한 반응기는 암모니아를 분해하는 반응기와 PSA, TSA(온도변동흡착)로 정제를 하는 기술이 복합적으로 구성돼있다. 연구진은 PSA, TSA 없이 분리막을 사용해 수소 생산과 동시에 정제가 가능하게 만들었다.

수소를 생산과 동시에 정제해 평형반응에서 생성물 제거효과로 ‘르 샤틀리에 원리’에 의해 분해온도를 낮춤과 동시에 고순도 수소 생산이 가능하게 만든 것이다. 화학자인 르 샤틀리에가 1884년 발표한 이 원리는 화학평형상태가 영향을 주는 변수들이 변했을 때 영향을 상쇄시키는 방향으로 새로운 평형상태에 도달한다는 이론이다.

특히 분리막 반응기에서 가장 중요한 것은 분리막의 성능과 가격인데 연구진은 기존 팔라듐 분리막의 한계로 인식됐던 비싼 가격과 치밀한 제조가 어려웠던 문제를 ‘무전해도금법’으로 극복했다. 이를 통해 팔라듐 사용량은 절반 이하로 줄이면서 500℃ 이하 저온에서 수소추출이 가능함을 확인했다.

연구진이 개발한 분리막을 반응기에 장착해 실험한 결과 온도를 100℃ 이상 낮췄음에도 98%의 분해율, 93% 이상의 수소 회수율, 99.99% 이상의 고순도 수소를 하루 2kg 이상 생산할 수 있다는 점을 공인인증기관을 통해 검증을 완료했다. 아울러 대면적인 분리막은 면적대비 수소 생산량이 2배 이상 높아 세계 최고 수준이며, 분리막 개수를 증가시킴으로써 수소 생산량 확대가 가능하기 때문에 높은 상용화 가능성도 확인했다.

이신근 에기연 박사는 “분리막 반응기를 사용해 암모니아에서 수소를 추출하는 기술은 분해반응과 수소정제를 하나로 집약할 수 있어 미국, 호주, 일본, 유럽 등 선진국에서 수년 전부터 활발히 연구 중인 공정집약형 차세대 기술”이라고 말했다. 이어 “기술 선진국을 위해서는 우리나라에서도 분리막과 공정집약 연구에 대해 많은 관심과 지원이 필요하다”고 덧붙였다.

한편 이번 연구는 에너지기술연구원 기본사업과 산업부 알키미스트사업의 일환으로 수행됐으며, 연구 성과는 열역학 분야 저명 학술지인 ‘에너지(ENERGY)’에 게재됐다.

채덕종 기자 yesman@e2news.com 

 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • 서울시 구로구 디지털로27길 36 809-2호(구로동, 이스페이스)
  • 대표전화 : 02-877-4114
  • 팩스 : 02-2038-3749
  • 청소년보호책임자 : 이재욱
  • 편집국장 : 채덕종
  • 편집인 : 이재욱
  • 제호 : ::: 글로벌 녹색성장 미디어 - 이투뉴스
  • 법인명 : (주)에너지환경일보
  • 등록번호 : 서울 다 07637 / 서울 아 00215
  • 등록일 : 2006-06-14
  • 발행일 : 2006-06-14
  • 발행인 : 이재욱
  • ::: 글로벌 녹색성장 미디어 - 이투뉴스 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2023 ::: 글로벌 녹색성장 미디어 - 이투뉴스. All rights reserved. mail to webmaster@e2news.com
ND소프트