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주요 단신

액상 암모니아 전기분해로 그린수소 생산

UNIST 김건태 교수팀, 다공성 니켈 폼 전극으로 수소추출 성공
수전해보다 전력 소모 3배 적어…‘암모니아 전해공정’ 기술로 주목

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[월간수소경제 성재경 기자] 액상 암모니아에서 수소를 추출하는 기술은 그린수소 시대를 앞당길 핵심기술로 꼽힌다. 호주만 해도 태양광발전의 전력으로 생산한 그린수소를 질소와 합성한 액상 암모니아 형태로 해외수출을 고려하고 있다.


UNIST(총장 이용훈) 에너지화학공학과 김건태 교수팀은 액상 암모니아(NH₃)를 전기로 분해해 고순도 수소를 대량 생산하는 데 성공했다. 또 최적의 공정 환경 등을 찾아낼 수 있는 새로운 분석기술까지 제안했다. 


연구진이 제안한 분석기술로 평가한 결과 물 전기분해로 수소를 만드는 방식에 비해 전력 소모량이 1/3에 불과한 것으로 나타났다. 


기술의 핵심은 다공성 니켈 폼(Ni foam) 전극을 이용해 액상 암모니아에서 수소를 추출하는 데 있다. 니켈 폼 전극 표면에 순환전류법(Cyclic Voltammetry)으로 백금촉매를 고르게 도포해 수소생산 효율을 높였다. 




이렇게 합성된 전극을 액상 암모니아에 넣은 뒤 전류를 흘려 전기분해로 수소를 얻게 된다. 수소 순도를 나타내는 지표인 패러데이 효율은 90% 이상, 화학반응 속도를 나타내는 전류 밀도도 1㎠당 500mA 이상으로 높게 나왔다. 


또 가스 크로마토그래피(가스 분석기)를 활용해 실시간으로 발생하는 가스양을 정량적으로 분석하는 프로토콜을 새롭게 제시해 효율적인 암모니아 전해공정 조건(전해액의 산성도 등)도 찾아냈다. 


최적화된 구동 환경에서는 1kWh의 전력으로 569L의 수소를 생산할 수 있다. 이는 수전해 방식 대비 소비 전력량이 3배 이상 낮은 수치다. 




제 1저자인 양예진 UNIST 에너지공학과 석·박사통합과정 연구원은 “암모니아 전해 환경에서 뛰어난 수소생산 활성도를 갖는 전극 제작 공법을 썼다”며 “이 전극은 산화 및 환원 반응에서 모두 함께 쓸 수 있는 전극으로 암모니아 전해시스템의 단순화, 구축비용 절감에 크게 기여를 할 것으로 기대한다”고 말했다.


김건태 교수는 “이번 연구에서 제시한 고효율 전극을 암모니아 전해공정에 적용하게 된다면 암모니아 전해 수소생산 기술 상용화가 한층 빨라질 것”이라며 “암모니아, 더 나아가 폐(廢) 암모니아를 ‘CO2-free 수소’로 재자원화하는 연구 가능성도 열려 있다”고 전했다.


이번 연구는 롯데케미칼 기초소재연구소 이민재, 서명기, 민형기, 최영헌 박사가 각각 공동저자로 참여했다. 연구 결과는 에너지 및 재료 분야 국제학술지인 ‘재료화학 저널 A(Journal of Materials Chemistry A)’ 온라인판에 3월 27일자로 공개됐으며 표지논문으로 선정돼 정식 출판을 앞두고 있다. 





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