화학연, 저비용 수소 생산 촉매 제조 기술 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 한국화학연구원이 저비용·고효율 수소 생산 촉매 제조 기술을 개발했다.

화학연은 값싸고 풍부한 금속인 니켈을 활용해 암모니아 분해 수소 생산 공정의 상용화 가능성을 높인 촉매 제조 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

암모니아를 수소로 전환하기 위해서는 촉매를 이용해서 암모니아를 분해하는 화학반응이 필요하다. 이 반응에 필요한 촉매로는 귀금속인 루테늄이 가장 우수한 성능을 나타내는 것으로 알려져 있다.

그러나 루테늄은 희소 금속으로서 가격이 비싸기 때문에 이를 대체할 수 있는 촉매 기술이 전세계적으로 개발되고 있다.

대체 촉매로 최대 70배 정도 낮은 가격으로 촉매를 공급할 수 있는 니켈이 연구되고 있지만 암모니아 분자와의 상호작용이 약해 상대적으로 성능이 떨어지며, 암모니아 분자를 활성화하기 위해서는 600℃ 이상의 고온이 필요하다는 단점이 있다.

이에 화학연 채호정 박사팀은 간편한 제조 공정으로 암모니아 분해 효율을 높일 수 있는 새로운 니켈 촉매 공정 기술을 개발했다.

연구팀이 개발한 촉매는 세륨(Ce)이 소량 포함된 알루미나(Al2O3) 지지체 표면에 니켈이 고르게 분산돼 결합한 구조를 가지고 있다.

연구팀은 양이온과 음이온 포함 물질들을 물에 넣고 한번에 반응시키는 ‘양이온-음이온 이중 가수분해’ 원리를 이용한 간편한 원팟(one-pot) 공정으로 촉매를 합성해하여 공정의 효율을 향상시켰다.

새로운 합성법을 활용하면 니켈이 지지체에 고르게 분산되고, 지지체와 니켈의 결합력이 강해져 촉매 성능이 높아진다.

새로운 촉매는 기존 보고된 니켈 촉매와 비교해 최고 수준의 암모니아 분해효율을 나타냈다. 또 몇몇 루테늄 촉매와도 동등한 수준이거나 그 이상의 암모니아 분해효율을 보여서, 루테늄을 대체할 수 있는 저렴한 상용 촉매로서의 가능성을 보여줬다. 아울러 100시간 이상의 내구성 실험에서도 안정적인 성능을 보였다.

채호정 박사는 “이번에 개발한 암모니아 분해 촉매는 비귀금속으로서, 기존의 비싼 귀금속 촉매의 응용 한계를 극복했다”며 “다소 높은 반응온도 열원 공급이 가능한 제철, 시멘트 등의 다양한 산업공정과 연계해, 향후 그린 수소 사회를 위한 수소 생산 응용 공정 개발이 활발하게 이뤄질 것으로 기대한다”고 설명했다.