에너지연, 암모니아에서 친환경 수소 추출…시간당 1.8㎏ 생산

"수소전기차 넥쏘 스택에 적용해 50시간 전력 생산 확인"

한국에너지기술연구원은 정운호 박사 연구팀이 암모니아를 원료로 친환경 에너지인 수소를 생산하는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

수소의 저장과 운송을 위해서는 기체 상태의 수소를 액체로 바꿔야 하는데, 기존 액화수소(영하 253도의 극저온 조건에서 액체 상태인 수소) 방식은 저장 밀도가 낮다는 한계가 있다.

수소와 질소로 이뤄진 암모니아(NH₃)는 액화수소보다 밀도가 1.7배 높고 상온·상압 조건에서 비교적 쉽게 액화되는 이점이 있어 차세대 수소 '캐리어'(운송체)로 주목받고 있다.

암모니아를 분해해 수소를 추출하는 기술은 별도의 이산화탄소 포집 장치가 필요하지 않아 공정이 비교적 간단하고 비용도 저렴하다.

암모니아로부터 고순도 수소를 생산하는 공정은 크게 3단계로 이뤄진다.

우선 암모니아를 고온에서 질소와 수소로 분해한 뒤 상온에서 반응하지 않은 잔류 암모니아를 제거하고 최종적으로 상온 공정에서 수소를 분리, 99.7% 고순도의 수소를 생산하게 된다.

암모니아를 질소와 수소로 분해하는 장치는 금속 구조체 촉매로 채워진 8개의 반응기로 구성돼 있는데, 각 반응기에 동일한 양의 암모니아를 공급하고 온도를 유지하는 것이 중요하다.

연구팀은 자체 설계한 암모니아 분배기를 이용, 각 반응기에 암모니아를 균일하게 공급하는 데 성공했다.

고온의 분해가스를 열 교환시켜 원료인 암모니아를 예열하는 데 활용함으로써 분해 효율을 높였다.

촉매 입자를 금속 구조체 표면에 직접 형성시켜 기존 코팅법에 비해 얇고 균일하게 촉매 층을 코팅함으로써, 고가의 귀금속 촉매 사용량을 10분의 1 수준으로 절감했다.

시간당 수소 생산량은 1.8㎏ 정도이며, 암모니아 분해 효율도 90% 정도로 높다.

연구팀은 현대자동차의 수소전기차 넥쏘 스택에 공급해 50시간 동안 20㎾의 전력이 안정적으로 생산되는 것을 확인했다.

앞으로 시간당 90㎏의 수소를 생산할 수 있는 대용량 암모니아 반응기 개발을 목표로 하고 있다.

/연합뉴스