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촉매 합성 실험하는 연구팀. 한국에너지기술연구원 제공
한국에너지기술연구원이 수소 생산 비용을 크게 줄일 수 있는 새로운 기술을 개발했다고 3일 발표했다.
암모니아에서 수소를 만드는 이유
암모니아는 수소를 안전하게 저장하고 운반할 수 있는 친환경 에너지원으로 주목받고 있다. 수소는 깨끗한 에너지이지만 저장과 운송이 어려운 반면, 암모니아는 이런 문제를 해결할 수 있기 때문이다.
암모니아에서 수소를 뽑아내려면 암모니아를 수소와 질소로 분해하는 화학반응이 필요하다. 이때 '루테늄'이라는 귀금속을 촉매로 사용한다.
기존 기술의 문제점
루테늄 촉매는 다른 촉매보다 100도 이상 낮은 온도(500∼600도)에서도 암모니아를 빠르게 분해할 수 있어 성능이 뛰어나다. 하지만 값이 비싸고 희귀해서 나노미터 크기로 아주 작게 만들어 사용해야 한다.
문제는 이렇게 작은 입자를 만드는 과정이 복잡하고 비용이 많이 든다는 점이다. 기존에는 작은 입자들이 서로 뭉치지 않도록 안정화제를 넣어야 했는데, 이 때문에 공정이 더욱 복잡해지고 비용도 증가했다.
연구팀의 새로운 해결책
구기영 박사 연구팀은 '폴리올'이라는 끈적한 액체를 이용해 이 문제를 해결했다. 폴리올은 에틸렌글리콜, 글리세롤, 부틸렌글리콜 같은 알코올 종류로, 금속을 나노입자로 만들 때 자주 사용된다.
연구팀은 탄소사슬의 길이가 나노 입자의 뭉침 정도에 영향을 준다는 사실을 발견했다. 탄소사슬이 긴 부틸렌글리콜을 사용하면 별도의 첨가제 없이도 나노 입자가 뭉치지 않고 고르게 퍼진다는 것을 확인했다.
놀라운 성과
새로 개발한 촉매는 기존 루테늄 촉매와 비교했을 때 다음과 같은 성과를 보였다.
-화학반응에 필요한 에너지가 20% 적음
-수소 생성률은 1.7배 높음
-경제성은 3배 이상 향상
구기영 박사는 "이번에 개발된 기술은 기존 나노촉매 제조 기술의 단점을 해결할 수 있는 실용적인 기술"이라며 "암모니아 분해 촉매 기술의 국산화와 실용화에 기여할 것"이라고 말했다.
이 기술은 수소 생산 비용을 크게 줄여 친환경 에너지 사용 확대에 도움이 될 것으로 기대된다.
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연구팀이 개발한 촉매. 한국에너지기술연구원 제공