암모니아 분해 고순도 그린수소 만든다
암모니아 분해 고순도 그린수소 만든다
  • 진경남 기자
  • 승인 2021.08.12 16:34
  • 댓글 0
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시간당 1.8kg 청정수소 생산…수소차 스택 활용 전력생산
▲연구원이 암모니아를 원료로 공급하기 위해 캐비넷을 조작하고 있다.
▲연구원이 암모니아를 원료로 공급하기 위해 캐비넷을 조작하고 있다.

[이투뉴스] 국내 연구진이 암모니아를 분해해 그린수소를 생산하는 가압형 분해 촉매반응기 핵심기술 개발에 성공했다. 이를 통해 깨끗하면서도 순도 높은 수소생산이 가능해질 전망이다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남) 정운호 박사 연구팀은 11일 암모니아를 원료로 하는 수소생산 기술을 개발했다고 밝혔다. 암모니아는 단위 부피당 수소저장 밀도가 액화수소보다 1.7배 높아 대용량저장이 가능하다. 또 상온상압 조건에서 비교적 쉽게 액화가 가능해 차세대 수소 캐리어(운송체)로 주목 받고 있다.

암모니아를 분해해 수소를 추출하는 기술은 천연가스 개질보다 반응온도가 낮아 비용이 저렴하다. 또 이산화탄소 포집을 위한 CCS 장치가 추가로 필요치 않아 공정이 단순하다.

암모니아로부터 고순도 수소를 생산하는 공정은 3단계로 이뤄진다. 우선 암모니아를 고온에서 질소, 수소로 분해한 뒤 상온에서 반응하지 않은 잔류암모니아 제거한다. 이후 상온 공정에서 수소를 분리해 99.97% 이상 고순도 수소 생산한다. 

연구팀은 수소생산 과정에서 암모니아를 질소, 수소로 분해하는 반응기와 촉매를 개발했다. 암모니아 분해 반응기는 금속구조체 촉매가 채워진 8개의 반응기로 구성돼 있다. 이때 각 반응기에 동일한 양의 암모니아를 공급하고 온도를 유지하는 것이 중요하다. 

이 과정에서 자체 설계한 분배기를 이용해 각 반응기에 암모니아를 균일하게 공급하고, 최적의 조건을 도출했다. 분해된 고온 분해가스는 열교환시켜 원료인 암모니아를 예열하는데 활용해 분해 효율을 높였다.

촉매입자를 구조체 표면에 직접 코팅하는 기술도 개발했다. 구조체 표면에 촉매를 균일하게 코팅해 고가의 귀금속 촉매 사용량을 10분의 1 수준으로 절감했다. 촉매반응기는 시간당 1.8kg 수소생산이 가능하며, 암모니아 분해효율 90%도 달성했다. 100시간 운전을 통해 안정성 검증도 마쳤다.

연구팀은 현대자동차의 수소차 넥쏘 스택에 수소를 공급해 50시간 동안 20kW의 전력이 안정적으로 생산되는 것을 확인했다. 연구팀은 향후 대량의 암모니아 수입을 고려해 시간당 90kg의 수소를 생산급 대용량 반응기 개발을 목표로 하고 있다. 

정운호 박사는 “고효율 암모니아 분해 촉매반응기 기술을 통해 그린수소를 대량으로 생산할 수 있음을 확인했다”며 “암모니아 수소캐리어는 우리나라뿐 아니라 일본, 호주, 유럽 등 전 세계적으로 큰 관심을 갖고 있어 대용량 실증만 완료된다면 국내기술이 산업을 주도할 것”이라고 말했다.

진경남 기자 jin07@e2news.com 


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