에너지연, 수소 생성률 1.7배↑ 신개념 루테늄 촉매 성과

탄소사슬 길이 조절로 안정화제 없이 나노입자 분산

암모니아 분해 효율 3배 향상·생산단가 절감 효과도

연구진이 개발한 기술로 촉매합성 실험을 하고있다. ⓒ한국에너지기술연구

한국에너지기술연구원이 암모니아에서 수소를 고효율로 분해할 수 있는 신개념 촉매 합성 기술을 개발했다.

고가의 희귀금속 사용을 줄이면서도 분해 효율은 높여, 수소 경제 실현의 수익성 확보에 한 걸음 더 다가섰다는 평가다.

구기영 에너지기술연구원 수소연구단 박사 연구팀은 3일, 루테늄 기반 촉매의 제조공정을 단순화하고 생산비를 절감할 수 있는 '폴리올 공정 기반 합성법'을 개발했다고 밝혔다.

암모니아는 수소 운반체로 주목받고 있지만, 이를 수소로 분해하는 기술은 고온과 고비용의 한계로 상용화에 어려움을 겪고 있었다. 특히 루테늄은 높은 반응 효율을 보이지만, 희소성 탓에 대량 사용이 어렵고 제조공정이 복잡했다.

연구진은 이에 기존 공정에서 쓰이던 안정화제를 생략하고, 탄소사슬 길이를 조절하는 방식으로 루테늄 나노 입자의 균일 분산을 유도했다. 이 과정에서 수소 생성 반응에 관여하는 ‘B5 활성점’을 효과적으로 형성, 촉매 반응 효율을 극대화했다.

그 결과, 새로 개발된 촉매는 기존 상용 루테늄 촉매 대비 ▲활성화 에너지 약 20% 감소 ▲수소 생성률 1.7배 향상 ▲암모니아 분해 효율 3배 이상 증가 등 성능을 입증했다.

또한 제조 공정이 단순해지면서 생산 단가 절감 효과도 커, 수소 분해 설비에 실용적으로 적용할 수 있을 것으로 보인다.

구기영 원자력연 박사는 “이번 기술은 대량 제조 가능성과 경제성을 갖춘 실용적 촉매”라며 “향후 펠릿 촉매 양산과 암모니아 분해 시스템 실증을 통해 상용화를 본격 추진하겠다”고 밝혔다.