국내 연구진이 암모니아에서 고순도의 수소를 추출해 전력을 발생시키는 기술을 개발해 주목을 받고 있다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 수소·연료전지연구단 조영석·윤창원 박사팀은 최근 암모니아에서 수소를 생산하는 동시에 정제하는 고효율 수소추출기를 개발했다고 밝혔다.

최근 재생에너지 기반의 글로벌 청정에너지 공급망 확산이 전 세계적인 이슈로 부상하고 있지만 재생전력을 전기형태로 장거리 이송하는데는 많은 제약이 따르고 있다. 이로 인해 잉여 재생전력을 수소형태로 변환하고 생산한 수소를 원하는 곳까지 운반하는 기술개발에 대한 수요가 급증하고 있다. 하지만 그동안은 기체형태의 수소는 단위부피에 저장할 수 있는 양이 작아 한 번에 많은 양의 수소를 운송하기 어려웠다. 이에 이를 극복하는 전략으로 현재 사용하고 있는 화석연료의 이송방법과 유사하게 액상형태의 화합물을 수소운반체로 활용하는 방법이 대두되고 있다.

액상 암모니아는 액체수소보다 같은 부피로 1.5배 정도 더 많은 양의 수소를 저장(부피대비 수소저장밀도 108kg-H2/m³)할 수 있다. 또 수소생산 과정에서 다량의 이산화탄소를 배출하는 천연가스 개질방식과는 달리 암모니아는 분해과정에서 수소와 질소만 생성해 친환경적이다. 이러한 암모니아의 장점에도 불구하고 암모니아에서 고순도 수소를 생산하고 이를 연료전지와 연계해 전기를 생산하는 연구는 상대적으로 미흡했다.

연구진은 암모니아를 수소와 질소로 분해하는 촉매와 이를 저렴하게 생산할 수 있는 분리막 소재를 개발했다. 촉매와 분리막 소재를 결합해 암모니아로부터 수소를 생산하는 기술과 분리막으로 고순도의 수소를 분리해내는 추출기를 만든 것이다. 이 기술은 고순도의 수소를 연속 생산할 수 있으며, 수소 정체장치를 별도로 갖추지 않아도 연료전지와 직접 연계해 소형 전력발생장치에 적용할 수 있다.

연구진은 암모니아 분해 반응과 동시에 수소를 분리함으로서 분해 반응 온도를 550°C에서 450°C까지 현저히 낮춰 에너지 소비를 줄임과 동시에 수소 생산 속도를 기존 기술대비 2배 이상 높였다. 또한 자체 개발한 저가금속 기반의 분리막을 활용해 PSA (Pressure Swing Adsorption) 공정 등 값비싼 분리공정 없이도 99.99% 이상의 순도를 갖는 수소를 생산할 수 있었다.

현재 암모니아 운반선을 이용한 대륙 간 운반으로 암모니아에서 수소를 추출해 활용하는 저장, 운송 관련 인프라는 전세계적으로 상용화돼 사용되고 있다. 이번 연구진의 기술이 이러한 인프라에 활용된다면 수소경제 사회로 들어가는데 한걸음 더 나아갈 수 있을 것으로 예상된다.

KIST 조영석 박사는 “이번에 개발한 기술을 바탕으로 이산화탄소 배출없는 수소파워팩을 개발해 드론택시, 무인비행기, 선박 등 이동수단에 적용하는 후속연구도 계획하고 있다”고 밝혔다.