수소 저장·운송 수단, 무탄소 연료 ‘암모니아’, 값싸게 만든다
기존 하버-보슈 공정보다 3분의 1 낮은 압력에서도 생산 성공
▲한국에너지기술연구원은 청정연료연구실 윤형철 박사 연구진이 개발한 저압 암모니아 합성 펠릿 촉매. 한국에너지기술연구원
국내 연구진이 친환경 연료로 꼽히는 암모니아를 대량생산할 수 있는 기술을 개발했다.
한국에너지기술연구원은 청정연료연구실 윤형철 박사 연구진이 세계 최고 수준의 저압 암모니아 합성촉매를 대량으로 생산할 수 있는 양산법을 개발했다고 6일 밝혔다.
이 기술을 통해 생산한 촉매는 연구진이 설계한 암모니아 생산 공정에 적용돼 기존 하버-보슈 공정에 필요한 압력의 3분의 1 수준으로도 99.9%의 고순도 암모니아 생산하는 데 성공했다.
1909년 개발 이후 현재까지 사용되고 있는 하버-보슈 공정은 화석연료에서 생산한 수소와 공기의 질소를 고온, 고압에서 반응시켜 암모니아를 합성하는 공정으로 과정 중 이산화탄소 방출과 에너지 소모가 크다.
연구진은 기존 하버-보슈 공정의 한계를 극복, 암모니아 합성촉매를 양산하기 위한 제법과 촉매 성형법 개발에 성공했다.
여기에 그치지 않고 일일 1킬로그램(1kg/d)의 암모니아를 생산할 수 있는 실험실 규모 공정을 구축해 50바(bar)의 저압에서도 99.9%의 순도를 갖는 고순도 암모니아 생산에도 성공했다.
연구진은 한국과학기술원 최민기 교수진과 공동 개발한 분말 형태의 루테늄/산화바륨 촉매를 원주형 펠릿 형태로 만들어 상업적으로 활용할 수 있도록 제품화했다.
또, 기존 160도(℃)의 고온에서 제조되는 촉매를 상온에서 제조할 수 있도록 개발해 촉매 합성 시간을 기존 대비 3분의 1 로 줄이고 생산 효율을 높였다.
연구진이 개발한 촉매 양산법과 독자적으로 설계한 암모니아 생산 공정을 이용하면 암모니아 생산 운영에 소요되는 비용을 15% 이상 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 더불어 기존 공정보다 낮아진 압력은 공정의 구성품인 압축기, 반응기 등의 제작 비용도 낮춰 생산 비용 전체를 줄일 수 있다.
연구책임자인 윤형철 박사는 “저압·저온 저비용 암모니아 생산 기술은 탄소중립의 미래를 앞당길 수 있는 열쇠가 될 것이며, 향후 청정수소 및 무탄소 연료 도입을 위한 암모니아 생산 플랜트 국산화에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다.
연구진은 올해 암모니아 생산과 장기 운전을 통해 안정성을 확보하고 일일 5킬로그램(5kg/d)의 생산 공정을 제작할 계획이다. 더 나아가 최종적으로 파일럿 규모인 일일 50킬로그램(50kg/d)까지 규모까지 늘릴 목표를 세웠다.
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