고효율 경제적 촉매를 통해서 암모니아로부터 생산된 수소의 다양한 활용 개념도(화학연 제공)© 뉴스1

한국화학연구원 채호정 박사팀이 니켈을 활용해 저비용 고효율 촉매 제조 기술을 개발했다.

18일 화학연에 따르면 암모니아를 수소로 전환하기 위해서는 촉매를 이용해서 암모니아를 분해하는 화학반응이 필요하다. 촉매로 보통 니켈이 연구되고 있는데, 루테늄을 쓸 때보다 최대 70배 정도 낮은 가격으로 촉매를 공급할 수 있다.

하지만, 니켈 촉매는 암모니아 분자와의 상호작용이 약해 상대적으로 성능이 떨어지며, 암모니아 분자를 활성화하기 위해서는 600도 이상의 고온이 필요하다는 단점이 있다.

이에 연구팀은 세륨 이온, 알루미늄 이온, 니켈 이온을 한꺼번에 반응시키는 간편한 공정으로 새로운 촉매를 만들었다.

합성된 촉매는 세륨(Ce)이 소량 포함된 알루미나(Al₂O₃) 지지체 표면에 니켈이 고르게 분산돼 결합한 구조를 가지고 있다.

연구팀은 양이온과 음이온 포함 물질들을 물에 넣고 한번에 반응시키는 ‘양이온-음이온 이중 가수분해(CADH)’ 원리를 이용한 간편한 원팟(one-pot) 공정으로 촉매를 합성해 공정의 효율을 향상시켰다.
  
새로운 합성법을 활용하면 니켈이 지지체에 고르게 분산되고, 지지체와 니켈의 결합력이 강해져 촉매 성능이 높아진다. 새로운 촉매는 기존 보고된 니켈 촉매와 비교해 최고 수준의 암모니아 분해효율을 나타냈다.

특히, 100시간 이상의 내구성 실험에서도 안정적인 성능을 보였다.

화학연 채호정 박사는 “향후 그린 수소 사회를 위한 수소 생산 응용 공정 개발이 활발하게 이뤄질 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 이번 연구성과는 에너지·환경 분야 세계 상위 1% 저널인 ‘응용촉매 B-환경’ 최신호에 게재됐다.


km5030@news1.kr