연구팀이 암모니아로부터 수소 생산용 촉매를 들고 있는 모습(좌부터 화학연 화학공정연구본부 채호정 박사, Le Thien An 박사, 김영민 박사)/사진=화학연
암모니아(NH3)는 질소(N)와 수소(H)의 결합으로 이뤄져 있다. 암모니아로부터 수소를 생산하려면 암모니아에 포함된 질소와 수소가 순차적으로 분리돼야 한다. 높은 열을 가해주면 화합물에 포함된 원자가 분리되는 화학반응이 일어나는 데 촉매를 통해 온도를 내릴 수 있다
연구팀은 촉매 표면에 있는 루테늄의 전자가 풍부해질수록 암모니아로부터 질소의 재결합-탈착 반응이 잘 일어난다는 것을 발견하고, 루테늄에 전자를 잘 줄 수 있도록 촉매 지지체를 설계했다.
개발된 촉매 물질(좌 : 개발된 지지체 / 우: 지지체에 루테늄이 담지된 촉매)/사진=화학연
새로운 촉매는 기존에 보고된 촉매들보다 같은 조건에서 수소 생산량이 약 40% 향상됐다. 촉매의 반응이 일어나는 부분(활성점)에서 약 4배 더 반응이 잘 일어나는 것으로 나타났다. 수백시간 이상의 내구성 테스트에서도 안정적인 성능을 보여줬다.
또 새로운 촉매는 기본 화학공정 방법인 침전법으로 비교적 쉽고 간단한 제조할 수 있어 대량생산과 상용화에 유리하다. 채 박사는 “이번에 개발한 암모니아 분해 촉매시스템을 바탕으로 암모니아 기반 대형 수소 생산 플랜트, 수소 발전, 수소 스테이션과 선박 분야 등 다양한 응용 공정 개발이 활발하게 이뤄질 것”이라고 말했다.