3개의 수소 원자와 1개의 질소 원자로 구성된 암모니아는 수소 함량이 높아 장거리 운송과 대용량 저장이 가능한 수소 운반체로 주목받고 있다. 그러나 수요지에서 암모니아를 분해해 수소를 생산하는 기술은 아직 초기 개발 단계에 머물러 있다.

국내 연구진이 이 같은 문제를 해결할 수 있는 실마리를 찾았다. 한국에너지기술연구원 수소연구단 구기영 박사 연구팀은 경제성이 향상된 신개념 암모니아 분해 촉매 합성법을 개발했다고 3일 밝혔다. 이를 활용하면 암모니아에서 수소를 더 효율적으로 분해할 수 있어 수소 경제 실현에 크게 기여할 것으로 기대된다.

연구팀에 따르면 분해 기술의 핵심은 루테늄(Ru) 촉매다. 루테늄을 사용하면 다른 촉매보다 100도 이상 낮은 500~600도의 조건에서도 암모니아를 빠르게 분해할 수 있다. 문제는 루테늄이 소수의 국가에만 존재하는 매우 희귀한 금속이라 구하기 어렵다는 점이다. 현재까지는 적은 양으로도 성능을 내기 위해 크기를 나노 수준으로 줄여 활용하고 있지만 나노 촉매는 대량 생산 공정이 복잡하고 제조비용도 높아 암모니아 분해 기술 상용화의 걸림돌로 작용하고 있다.

연구팀은 촉매의 경제성을 개선할 수 있는 폴리올 공정 기반의 신개념 루테늄 촉매 합성법을 개발했다. 이를 통해 생산한 촉매는 부틸렌글리콜을 사용하지 않은 기존 루테늄 촉매와 비교했을 때 활성화 에너지는 약 20% 낮아졌고 수소 생성률은 1.7배 증가했다. 또 단위 부피당 암모니아 분해 반응 성능을 비교한 결과 기존 합성법으로 만든 촉매보다 3배 이상 높은 것으로 나타나 뛰어난 경제성을 보였다.

구 박사는 “기존 나노촉매 대량 제조의 한계와 비용 문제를 해결할 수 있는 실용적인 기술”이라며 “암모니아 분해 촉매 기술 국산화와 실용화에 기여할 수 있을 것이다”라고 말했다. 이번 성과는 나노분야 저명 학술지인 ‘스몰(Small, IF 12.1)’ 4월 24일자 표지논문으로 게재됐다.

이기준 기자 lkj@ggilbo.com