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100도 낮은 온도에서 수소 40% 더 많이 만든다

강민구 입력 2021. 01. 25. 12:00

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한국화학연구원 연구팀이 암모니아를 활용해 수소를 저장, 이동, 생산하는 촉매 공정 기술을 개발했다.

개발한 기술은 기존 촉매 공정보다 약 100도 낮은 온도에서 약 40% 더 많이 수소를 생산할 수 있다.

채호정 화학연 박사팀은 이러한 암모니아에서 수소를 기존 공정보다 약 100도 낮은 온도에서 높은 효율로 생산하는 에너지 저감형 촉매 공정을 개발했다.

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화학연, 암모니아 활용 촉매 기술 개발
450도 온도에서 수소 100% 생산

[이데일리 강민구 기자] 한국화학연구원 연구팀이 암모니아를 활용해 수소를 저장, 이동, 생산하는 촉매 공정 기술을 개발했다. 개발한 기술은 기존 촉매 공정보다 약 100도 낮은 온도에서 약 40% 더 많이 수소를 생산할 수 있다.

수소는 주목받는 차세대 친환경 에너지원 중 하나이다. 국내에서도 단계적 수소 기술개발 로드맵이 발표되고 수소법이 제정된 상황이다. 국내 수소 시장은 석유화학, 전자, 재료, 반도체 산업 등 기존 산업뿐만 아니라 수소 발전, 수소차, 수소 선박 등의 친환경에너지 연료로 새로운 수요가 늘어날 전망이다.

한국화학연구원 연구팀이 암모니아로부터 수소 생산용 촉매를 들고 있는 모습(왼쪽부터 채호정 박사, Le Thien An 박사, 김영민 박사).(사진=한국화학연구원)
현재 수소를 고압의 기체수소로 저장·운송하는 방법이 주로 사용된다. 그러나 폭발 위험이 있고, 값이 비싸면서 저장량에 한계가 있다. 다양한 수소 저장, 이동 관련 연구 중 하나가 암모니아를 이용하는 연구다. 암모니아는 비교적 쉽게 액화하고, 이동이 안전하다.

채호정 화학연 박사팀은 이러한 암모니아에서 수소를 기존 공정보다 약 100도 낮은 온도에서 높은 효율로 생산하는 에너지 저감형 촉매 공정을 개발했다.

연구팀은 암모니아 분해에 최적화된 세륨과 란타넘이 포함된 복합산화물 지지체를 합성하고, 이 지지체 표면에 루테늄 금속 나노입자가 고르게 분산된 새로운 촉매를 만들었다.

연구팀은 촉매 표면에 있는 루테늄의 전자가 풍부해질수록 암모니아로부터 질소의 재결합·탈착 반응이 잘 일어난다는 것을 발견하고, 루테늄에 전자를 잘 주도록 촉매 지지체를 설계했다.

이번 공정에서는 기존 공정보다 100도 낮은 450도에서 수소를 전량 생산하고, 400도 온도에서도 90% 이상의 효율로 수소를 만들 수 있다.

실험 결과, 새로운 촉매는 기존 촉매들보다 같은 조건에서 수소 생산량이 약 40% 향상되고, 촉매 반응이 일어나는 부분(활성점)에서 약 4배 더 반응이 잘 일어났다. 수 백시간 이상의 내구성 시험에서도 안정적인 성능을 보여줬다.

새로운 촉매는 기본 화학공정 방법인 침전법으로 비교적 쉽고 간단한 제조할 수 있어 대량생산과 상용화에 유리하다.

연구 결과는 에너지·환경 분야 국제 학술지인 ‘응용촉매 B-환경(Applied Catalysis B-Environmental)’ 최신호에 게재됐다.

채호정 박사는 “암모니아 분해 촉매시스템을 바탕으로 암모니아 기반 대형 수소 생산 플랜트, 수소 발전, 수소 스테이션과 선박 분야 등 다양한 응용 공정 개발이 이뤄질 것”이라며 “그린 수소 사회 정착에 미치는 영향이 클 것”이라고 했다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)

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