KIST 연구진이 개발한 암모니아 기반 분리막 반응 수소추출 장치/사진=KIST
한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구단 조영석·윤창원 박사팀은 암모니아 기반 수소 추출·정제 원천기술을 개발했다고 6일 밝혔다.
재생에너지 기반의 글로벌 청정에너지 공급망 확산이 전 세계적인 이슈로 부상하고 있지만 재생 전력을 전기의 형태로 장거리 이송하는 데는 많은 제약이 따른다.
하지만 기체 형태의 수소는 단위 부피에 저장할 수 있는 양이 작아 한 번에 많은 양의 수소를 운송하기 어렵다.
특히 액상 암모니아는 액체수소보다 같은 부피로 1.5배 가량의 더 많은 양의 수소를 저장(부피대비 수소저장밀도 108kg-H2/m3)할 수 있다.
생산과정에서 다량의 이산화탄소를 배출하는 기존 천연가스 수증기 개질 기반의 수소생산법과는 달리 암모니아는 분해 과정에서 수소와 질소만을 생성한다.
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그러나 암모니아가 가지는 많은 장점에도 불구하고 암모니아로부터 고순도의 수소를 생산하고 이를 연료전지와 연계해 전기를 생산하는 연구는 상대적으로 개발이 미흡했다.
연구진은 암모니아를 수소와 질소로 분해하는 촉매와 저렴하게 생산할 수 있는 분리막 소재를 개발했다.
개발한 촉매와 분리막 소재를 결합해 암모니아로부터 수소를 생산하는 반응과 동시에 분리막으로 고순도의 수소를 분리해내는 추출기를 구현했다.
개발된 기술은 높은 순도의 수소를 연속적으로 생산할 수 있으며 별도의 수소 정제장치 없이 연료전지와 직접 연계해 소형 전력발생장치에도 적용이 가능하다.
연구진은 암모니아 분해 반응과 동시에 수소를 분리함으로서 분해 반응 온도를 550℃에서 450℃까지 낮춰 에너지 소비를 줄임과 동시에 수소 생산 속도를 기존 기술 대비 2배 이상 높였다고설명했다.
또 자체 개발한 저가금속 기반의 분리막을 활용해현재 수소 분리에 가장 많이 사용되고 있는 공정인 PSA (Pressure Swing Adsorption) 등 값비싼 분리 공정 없이도 99.99% 이상의 순도를 갖는 수소를 생산할 수 있었다.
조 박사는 “현재 암모니아 운반선을 이용한 대륙 간 운반으로 암모니아에서 수소를 추출해 활용하는 저장·운송 관련 인프라는 전 세계적으로 상용화돼 사용되고 있다”면서 “이번 기술을 이 같은 인프라에 활용한다면 '수소경제 사회'로 한걸음 더 나아갈 수 있을 것”이라고 말했다.
윤 박사(연구단장)은 “이번 기술을 기반으로 이산화탄소 배출이 없는 콤팩트한 수소 파워팩을 개발해 드론(무인기) 택시, 무인비행기, 선박 등의 이동수단에 적용하는 후속연구를 계획하고 있다”고 말했다.