한국에너지기술연구원은 구기영 수소연구단 박사 연구팀이 암모니아 분해용 루테늄 촉매를 개발했다고 15일 밝혔다.
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암모니아의 분해 효율을 높이려면 질소의 재결합과 탈착이 효과적으로 이뤄져야 한다. 현재 루테늄이 가장 우수한 활성을 보이지만, 희소성이 있어 가격이 비싸도 저온에서 활성이 낮다.
이에 연구팀은 조촉매(적은 양을 첨가해 촉매 작용을 활성화하는 물질)로 세륨을 도입해 루테늄을 절반만 쓰면서 암모니아 분해에 최적화된 저비용·고활성 촉매를 개발했다. 촉매 제조법도 재현성과 실용성이 높아 대량 생산도 가능하다.
연구팀은 높은 화학적 내성과 기계적 강도를 지닌 마그네슘 알루미네이트 촉매 지지체의 표면에 세륨을 첨가하고, 소량의 루테늄을 지지체 표면에 단원자 수준의 크기로 고르게 분산시켰다.
조촉매로 첨가된 세륨은 촉매 표면에 풍부한 산소 공석을 형성하고, 산소 공석이 루테늄과의 상호작용으로 전자밀도가 증가된다. 루테늄 촉매가 질소와 수소 원자의 결합을 약하게 만들고, 질소원자의 재결합을 쉽게 만들어 암모니아 분해 활성과 수소 생성률을 높였다.
개발한 촉매는 기존 루테늄 촉매와 비교해 함량이 절반 수준으로 낮지만 450도의 저온에서 높은 수소 생성률을 보였다. 세륨을 첨가하지 않은 촉매 보다 8배나 높은 수소 생산률을 기록했다.
구기영 박사는 “이번에 개발된 암모니아 분해 촉매 기술은 청정수소의 미래를 앞당길 수 있는 열쇠가 될 것”이라며 “앞으로 암모니아 기반 대용량 청정수소 생산 플랜트 국산화에 기여할 수 있을 것”이라고 했다.
연구 결과는 촉매·소재 분야 국제학술지 ‘Applied Catalysis B: Environmental’에 게재됐다.
