한국에너지기술연구원은 수소연구단 구기영 박사 연구팀이 수소 생산 경제성을 획기적으로 높인 암모니아 분해 촉매 합성법을 개발했다고 3일 밝혔다.

암모니아(NH₃)는 수소(H₂)를 안전하고 효율적으로 저장·운송할 수 있는 친환경 에너지원으로 주목받고 있다.

암모니아에서 수소를 추출하려면 수소와 질소로 분해하는 화학반응이 필요한데, 분해를 위해 사용되는 귀금속 루테늄 촉매는 다른 촉매보다 100도 이상 낮은 온도(500∼600도)에서도 암모니아를 빠르게 분해할 수 있다.

다만 값이 비싸고 희귀한 탓에 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 크기로 줄여 활용하고 있는데, 생산 공정이 복잡하고 제조 비용도 비싸 상용화에 어려움이 있다.

연구팀은 금속을 나노입자로 환원시키는 데 자주 사용되는 '폴리올'(알코올 종류의 끈적하고 점성이 있는 액체로 에틸렌글리콜, 글리세롤, 부틸렌글리콜 등이 있음) 공정을 이용해 루테늄 촉매 합성법을 개발했다.

기존에는 입자끼리 뭉치는 것을 막기 위해 안정화제를 넣는데, 이에 따라 공정이 복잡해지고 비용도 증가한다는 문제가 있었다.

연구팀은 안정화제를 사용하지 않고도 나노 입자의 응집을 제어하는 방법을 고안했다.

탄소사슬(탄소 원자들이 서로 연결된 구조로, 탄소 원자의 갯수에 따라 길이가 달라짐)의 길이가 나노 입자의 응집도에 영향을 준다는 점을 확인, 탄소사슬의 길이가 긴 부틸렌글리콜을 활용해 첨가제 없이 나노 입자의 응집을 억제하고 균일하게 분산시키는 데 성공했다.

개발한 촉매는 부틸렌글리콜을 사용하지 않은 기존 루테늄 촉매에 비해 활성화 에너지(화학반응을 일으키는 데 필요한 최소한의 에너지)는 20%가량 적은 반면, 수소 생성률은 1.7배 높았다.

단위 부피당 암모니아 분해 반응 성능을 비교한 결과, 기존 합성법으로 만든 촉매보다 경제성이 3배 이상 큰 것으로 나타났다.

구기영 박사는 "이번에 개발된 암모니아 분해 촉매 합성 기술은 기존 나노촉매 제조 기술의 단점을 해결할 수 있는 실용적인 기술로, 암모니아 분해 촉매 기술의 국산화와 실용화에 기여할 것"이라고 말했다.