▲ 수소연구단의 정운호 박사가 암모니아 분해반응기의 운전 데이터를 기록하고 있다.(사진=에너지연)

[월간수소경제 성재경 기자] 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 수소연구단 정운호 박사 연구진이 국내 최초로 암모니아에서 그린수소를 뽑아내는 핵심기술 개발에 성공했다고 11일 밝혔다.

청정수소 공급을 위한 암모니아 분해 기술은 천연가스 개질방식에 비해 반응온도가 낮아 저가 소재의 반응기 제작이 용이하다.

또한 이산화탄소 포집을 위한 CCS 장치가 추가로 필요치 않아 향후 해외에서 암모니아 형태로 그린수소 수입 시 단순한 공정으로 수소생산 단가를 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

이번에 개발한 고효율 암모니아 분해 촉매반응기의 수소 생산량은 20Nm3/h(약 1.8kg/h)급으로, 3단계 공정을 거쳐 암모니아에서 고순도 수소를 뽑아낸다.

암모니아를 고온에서 질소와 수소로 분해한 후 상온에서 미반응 잔류암모니아를 제거한다. 마지막으로 PSA(압력변동흡착) 공정으로 수소를 분리해 99.97% 이상의 고순도 수소를 생산한다.

연구진은 수소생산의 핵심인 암모니아를 질소와 수소로 분해하는 반응기와 촉매를 개발했다.

촉매의 경우 수소연구단 구기영 박사가 침전법을 기반으로 액상에 담긴 금속구조체 표면에 루테늄 나노촉매를 코팅하는 기술을 적용했다. 이를 통해 암모니아 분해 성능은 유지하면서 고가의 귀금속 사용량을 상용 촉매 대비 1/10 수준으로 낮췄다.

암모니아에서 생산된 수소는 향후 수소충전소에서 수소전기차에 공급하는 것이 가능할 전망이다. 실제로 수소전기차 넥쏘 스택에 공급해 50시간 동안 20kW의 전력이 안정적으로 생산되는 것을 확인했다.

연구진은 암모니아 기반 청정수소 산업의 활성화와 대량의 암모니아 수입을 고려해 1,000Nm3/h(약 90kg/h)급 대용량 반응기 개발을 준비하고 있다. 

연구책임자인 정운호 박사는 “암모니아 수소캐리어는 우리나라뿐 아니라 일본, 호주, 유럽 등 전 세계적으로 관심이 많아 대용량 실증만 완료된다면 국내 기술의 해외 진출도 가능할 것”이라고 말했다.

이번 연구는 산업부 한국에너지기술평가원 신재생에너지 핵심기술개발사업의 일환으로 ㈜씨이에스, 현대자동차, 젠스엔지니어링, 한국과학기술연구원과 공동으로 수행했다.

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