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한국에너지기술연구원 수소연구단 정운호 박사 연구진
한국에너지기술연구원 수소연구단 정운호 박사 연구진이 국내 최초로 암모니아를 원료로 하는 수소생산용 가압형 암모니아 분해 반응기 핵심기술 개발에 성공했다.
16일 에너지연에 따르면 수소는 온실가스를 저감시킬 뿐만 아니라 경제적 효용 측면에서도 다른 친환경 에너지에 비해 강력한 잠재력과 확장성을 가지고 있다.
수소 캐리어로 고려되는 여러 방법 가운데 암모니아는 단위 부피당 수소 저장 밀도가 액화수소보다 1.7배 높아 대용량 저장이 가능하다. 또한 상온상압의 조건에서 비교적 쉽게 액화되는 이점이 있고 이미 국제적으로 운송 및 유통 인프라가 잘 갖춰져 있다.
청정수소 공급을 위한 암모니아 분해 기술은 천연가스 개질방식에 비해 반응온도가 낮아 저가 소재의 반응기 제작이 용이하다. 이에 이산화탄소 포집을 위한 CCS 장치가 추가로 필요치 않아 공정이 단순한 이점이 있어 수소생산 단가를 낮출 수 있을 것으로 기대하고 있다.
암모니아로부터 고순도 수소를 생산하는 공정은 3단계로 이루어진다. 암모니아를 고온에서 질소‧수소로 분해, 상온에서 미반응 잔류암모니아 제거 상온 PSA 공정에서 수소를 분리해 99.97% 이상의 고순도 수소 생산. 여기에서 연구원은 수소생산의 핵심인 암모니아를 질소, 수소로 분해하는 반응기와 촉매를 개발했다.
연구진이 개발한 암모니아 분해 반응기는 버너를 중심으로 도넛모양의 금속구조체 촉매가 채워진 8개의 반응기 튜브에 열이 가해지고, 암모니아는 촉매를 거쳐 수소와 질소로 분해된다. 이때 각 반응기에 동일한 양의 암모니아를 공급하고 온도를 유지하는 것이 중요하다.
아울러 자체 설계한 암모니아 분배기를 이용해 각 반응기에 암모니아를 균일하게 공급하고, 버너와 반응기의 간격과 위치 등 다양한 변수에 대한 실험을 통해 암모니아가 분해될 수 있는 최적의 조건을 도출했다.
이와 함께 반응을 통해 분해된 고온의 분해가스는 열교환시켜 원료인 암모니아를 예열하는데 다시 이용해 분해 효율을 향상시켰다.
수소연구단 구기영 박사는 침전법을 기반으로 액상에 담긴 금속구조체 표면에 나노촉매를 직접 코팅하는 기술을 개발했다. 암모니아 분해 성능은 유지하면서 고가의 귀금속 사용량을 상용 촉매 대비 1/10 수준으로 절감한 금속구조체 촉매 기술을 국산화했다.
[전국매일신문] 대전/ 정은모기자
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