[월간수소경제 성재경 기자] 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 수소·연료전지연구단 손현태, 윤창원 박사 연구팀이 암모니아 분해 수소추출기에 들어가는 값비싼 귀금속인 루테늄(Ru)의 사용량을 60% 줄인 나노 금속촉매를 개발했다고 밝혔다.

수소의 장거리 운송을 위해 최근 암모니아가 각광받고 있다. 액상 암모니아(NH3)는 액화수소보다 50% 많은 용량의 수소를 저장할 수 있다. 

운송된 암모니아를 고온에서 분해하면 수소와 질소만 나오기 때문에 이산화탄소 배출을 최소화할 수 있다. 또 암모니아는 전 세계에서 연간 2억 톤 이상이 생산돼 산업 곳곳에 활용되므로 기존 인프라를 활용할 수 있는 큰 장점이 있다.

다만 암모니아에서 수소를 추출하는 분해반응 자체가 높은 온도와 압력에서 진행되기 때문에 상당히 많은 열을 공급해야 하는 문제가 있다. 일반적으로 고체 파우더 형태의 촉매를 반응 중에 함께 쓰면 반응 온도를 낮출 수 있지만 기존에 개발된 루테늄 금속 기반 촉매는 가격이 매우 비싸고 내구성이 떨어져 주기적으로 새로운 촉매로 교체해야 한다.

KIST 연구진은 루테늄 금속 입자와 제올라이트를 진공에서 열처리한 후 강하게 결합해, 나노미터 크기 혹은 그보다 작은 루테늄 금속 입자가 제올라이트 지지체의 각 구멍 안에 고르게 담긴 암모니아 분해용 촉매를 개발했다. 

개발된 촉매는 암모니아 분해 성능이 기존 상용 촉매보다 2.5배 이상 높아 루테륨 금속을 기존의 40%만 사용하고도 동일한 효율을 얻을 수 있다. 

또 나노미터 단위의 루테늄 금속 입자가 고온에서도 안정적으로 존재해 기존 촉매의 상용화에 큰 걸림돌이었던 낮은 내구성 문제가 해결될 수 있을 것으로 보고 있다.

KIST 손현태 박사는 “개발된 촉매는 결정형 광물인 제올라이트에 1나노미터 크기의 루테늄 금속이 고르게 퍼져 있는 형태로, 촉매 성능과 내구성이 기존 보고된 촉매보다 높아 암모니아로부터 고순도의 수소를 생산하는 공정을 상용화하는 데 속도를 낼 수 있을 것”이라고 말했다. 

KIST 윤창원 박사는 “암모니아를 이용한 대용량 수소 운반의 중요성은 날로 커지고 있으며, 선진국 간의 관련 원천기술 확보가 치열하다. 본 촉매를 현재 연구 개발 중인 대용량 암모니아 분해 수소생산 공정에 적용하면 궁극적으로 국가 간 대용량 수소운송 상용화에 도움이 될 것”이라고 말했다.