손현태·윤창원 박사팀, 귀금속 루테늄보다 값싸고 효율 좋은 촉매 개발
국내 연구진이 수소를 저장·운반할 수 있는 매개물질인 암모니아에서 수소를 2.5배 많이 추출해낼 수 있는 촉매를 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 손현태·윤창원 박사 연구팀이 수소를 고효율로 추출하는 나노금속 촉매를 개발했다고 22일 밝혔다.
암모니아는 질소와 수소가 결합한 물질이다. 비료, 산업원료 등으로 쓰여왔지만, 액체 암모니아가 액체 수소보다 같은 부피에 50% 많은 수소연료를 저장·운반할 수 있다는 사실이 밝혀지면서 새로운 수소연료 운반체로 각광받고 있다.
암모니아를 다시 수소로 바꿔 사용하기 위해서는 화학반응이 필요하다. 이 반응을 촉진하는 데 귀금속 루테늄 촉매가 쓰이고 있다. 하지만 루테늄은 1kg당 가격이 960만원 정도로 비싸 수소연료의 단가를 높이는 요인이 되고 있다. 값싸면서도 효율 좋은 새로운 촉매가 필요한 상황이다.
연구팀은 2나노미터(nm·10억분의 1미터) 크기의 구멍들이 있는 ‘제올라이트’ 물질을 이용, 구멍 속에 미량의 루테늄 입자를 넣은 ‘나노금속’ 촉매를 개발했다. 루테늄 사용량을 기존보다 60% 줄이면서도, 같은 암모니아 화학반응의 수소 생산량을 2.5배로 늘렸다.
연구팀은 "제올라이트 특유의 구조로 인해 내구성도 높아졌다"며 "기존 촉매의 상용화 걸림돌이었던 낮은 내구성 문제도 해결했다"고 설명했다. 내구성은 촉매가 반복된 화학반응에 얼마나 오래 쓰일 수 있는지를 나타내는 성능으로, 내구성이 좋을수록 수소연료 생산의 경제성도 좋아진다.
손 박사는 "이 촉매 기반의 수소 생산 공정을 상용화하기 위해 공정 규모를 20㎥로 확대하기 위한 연구를 하고 있다"고 말했다.
연구성과는 에너지·환경 분야 국제학술지 ‘응용 촉매 B-환경(Applied Catalysis B-Environmental)’ 최신호에 게재됐다.