암모니아 액체로 수소 압축 운반한다… 고압탱크 써야하는 액체수소比 1.5배 저장 - 조선비즈

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입력 2020.08.06 14:18

조영석·윤창원 KIST 박사팀, 암모니아→수소 반응 촉매 개발
"상용화된 암모니아 운반 인프라 이용… 수소경제 실현에 기여"

조영석·윤창원 KIST 박사 연구팀이 개발한 암모니아 기반 분리막 반응 수소추출 장치./KIST

국내 연구진이 암모니아 액체 형태로 수소를 압축해 운반하고 현장에서 연료를 빠르게 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

조영석·윤창원 한국과학기술연구원(KIST) 박사 연구팀은 암모니아로부터 고순도의 수소를 추출하는 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 여러 목적으로 널리 사용돼온 암모니아를 수소 운반체로도 사용할 가능성이 생겼다.

수소는 상온에서 기체 상태이기 때문에 부피의 한계로 저장과 운반이 어렵다. 수소를 액체 상태로 만들어 운반할 수도 있지만, 액체 상태를 유지하기 위해서는 저온·고압 환경이 필요해 추가적인 에너지와 비용이 든다. 고압탱크에 담아 운반하는 것보다 쉬워진 것이다.

연구팀은 상온에서 액체 상태로 존재하는 암모니아에 주목했다. 암모니아 분자는 수소 원자와 질소 원자로 이뤄져 있어 이론적으로 화학반응을 통해 수소 기체를 발생시킬 수 있다. 수소 액체와 비교하면 같은 부피에 1.5배 많은 수소를 담을 수 있기 때문에 저장·운반 효율이 높다는 장점도 있다. 하지만 암모니아를 통한 수소 생산 연구는 미흡한 상황이다.

연구팀은 암모니아를 수소와 질소 기체로 분해하는 화학반응을 이끌어내는 촉매와 수소 분리를 위한 분리막 소재를 개발했다. 이 방법을 이용하면 기존의 수소생산 공정과 비교해 생산속도를 2배 이상 높일 수 있고, 화학반응에 필요한 온도도 섭씨 100도 만큼 낮출 수 있다는 게 연구팀의 설명이다. 화학반응 결과 발생하는 물질의 구성이 수소와 질소로 단순하기 때문에, 기존에 많은 생성물질 중 수소를 골라내기 위해 필요했던 분리공정(PSA) 없이도 고순도로 수소를 얻을 수 있다.

암모니아는 이미 산업 현장에서 쓰이는 원료로, 세계적으로 운반선 등의 인프라가 이미 갖춰져있다. 연구팀은 "이 기술이 이러한 인프라에 활용된 다면 수소경제 사회로 한걸음 더 나아갈 수 있을 것"이라고 설명했다.

조 박사는 "이 기술을 기반으로 이산화탄소 배출이 없는 전원인 ‘수소 파워팩’을 개발해 드론, 선박 등에 적용하기 위한 후속 연구를 계획하고 있다"고 말했다.

연구성과는 국제 학술지 ‘저널 오브 멤브레인 사이언스(Journal of Membrane Science)’에 지난달 26일 게재됐다.