저비용으로 수소 생산하는 촉매기술 개발
저비용으로 수소 생산하는 촉매기술 개발
  • 김진오 기자
  • 승인 2022.04.19 07:33
  • 댓글 0
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채호정 화학硏 연구팀, 촉매비용 70분의 1로 깎아

[이투뉴스] 한국화학연구원 채호정 박사 연구팀이 니켈을 활용해 암모니아를 분해, 수소를 생산하는 ‘저비용 고효율 촉매제조 기술’을 개발했다.

수소는 신재생에너지로 각광받고 있어 세계적으로 수소의 생산, 저장, 운송기술 개발이 이뤄지고 있다. 이 중 암모니아 분해 수소생산 기술은 운송이 어려운 수소 대신 암모니아를 먼저 운송한 뒤 이를 수소로 전환할 수 있어 주목 받는다.

암모니아를 수소로 전환하기 위해서는 촉매를 이용해 분해하는 화학반응이 필요하다. 이 반응에 필요한 촉매로는 귀금속인 루테늄이 가장 우수한 것으로 알려져 있다. 하지만 루테늄은 가격이 비싸기 때문에 이를 대체할 수 있는 기술이 세계적으로 개발되고 있다.

대체촉매로는 보통 니켈이 연구되는데 루테늄보다 최대 70분의 1 가격으로 공급할 수 있다. 하지만 니켈은 암모니아 분자와의 상호작용이 약해 상대적으로 성능이 떨어지며 암모니아 분자를 황성화하기 위해서는 600℃ 이상의 고온이 필요하다는 단점이 있다.

채호정 화학연구원 박사팀은 간편한 제조공정으로 암모니아 분해효율을 높일 수 있는 새로운 니켈 촉매공정을 개발했다. 연구팀은 세륨·알루미늄·니켈 이온을 한꺼번에 반응시키는 간편한 공정으로 새로운 촉매를 만들었다.

▲고효율 경제적 촉매를 통해 암모니아로부터 생산한 수소의 다양한 활용 개념도.
▲고효율 경제적 촉매를 통해 암모니아로부터 생산한 수소의 다양한 활용 개념도.

합성된 촉매는 세륨이 소량 포함된 알루미나 지지체 표면에 니켈이 고르게 분산돼 결합한 구조를 가진다. 연구팀은 양이온과 음이온 포함 물질들을 물에 넣고 한번에 반응시키는 ‘양이온-음이온 이중 가수분해(CADH, cataion-anion double hydorolysis)’ 원리를 이용한 간편한 원팟(one-pot) 공정으로 촉매를 합성해 공정효율을 향상시켰다.

새로운 합성법을 활용하면 지지체와 니켈의 결합력이 강해져 촉매성능이 높아진다. 새로운 촉매는 기존에 보고된 니켈 촉매와 비교해 최고수준의 암모니아 분해효율을 나타냈다. 또 몇몇 루테늄 촉매와도 동등한 수준이거나 그 이상의 암모니아 분해효율을 보여 루테늄을 대체할 수 있는 저렴한 상용 촉매로서의 가능성을 보여줬다. 100시간 이상의 내구성 실험에서도 안정적인 성능을 보였다.

채호정 화학연 박사는 “이번에 개발한 암모니아 분해 촉매는 비귀금속으로서 기존의 비싼 귀금속 촉매의 응용 한계를 극복했다”며 “제철, 시멘트 등의 다양한 산업공정과 연계해 향후 그린수소 사회를 위한 수소생산 응용공정 개발이 활발하게 이뤄질 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 채 박사 연구팀은 위 연구결과를 에너지·환경 분야 세계 상위 1% 저널인 ‘응용촉매 B-환경(Applied Catalysis B-Environmental)’ 최신호에 발표했다.

김진오 기자 kj123@e2news.com

 


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