수소자동차.[123RF]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 액상 암모니아에서 수소를 추출하는 기술은 그린수소 시대를 앞당길 핵심 기술로 꼽힌다. 국내 연구진이 액상 암모니아를 수소로 바꾸는 효율적인 기술을 개발했다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 김건태 교수팀은 액상 암모니아(NH₃)를 전기로 분해해 순도 100%에 가까운 그린수소를 대량 생산하는 데 성공했다고 6일 밝혔다. 연구진이 제안한 분석기술로 평가한 결과 이 방식은 물 전기분해로 수소를 만드는 것 보다 소모 전력량이 3배나 적었다.

수소를 운송하는 방법 가운데 가장 효율적인 방법으로 암모니아 합성법이 있다. 수소로 암모니아를 합성하면 1.5배 많은 수소를 운반할 수 있고 운송 중 손실이 적기 때문이다. 또 기존 액화 암모니아 운송 인프라를 활용할 수 있는 것도 장점이다. 하지만 수소를 암모니아로 합성하는 기술은 상용화되지만, 암모니아에서 다시 수소 뽑는 기술은 아직 초기 단계다.

연구팀은 다공성 니켈 폼 전극을 이용해 액상 암모니아에서 수소를 추출하는 데 성공했다. 니켈 폼 전극 표면에서는 순환전류법으로 고르게 도포된 촉매(백금) 입자가 있어 효율이 높다. 이렇게 합성된 전극을 액상 암모니아 넣은 뒤 전류를 흘려주면 액상 암모니아가 분해되면서 수소를 얻을 수 있다. 수소 순도를 나타내는 지표인 패러데이 효율은 90% 이상이었으며, 화학반응 속도를 나타내는 전류 밀도도 높았다.

니켈 전극 기반 백금촉매 합성 모식도.[UNIST 제공]

또 가스 크로마토그래피를 활용해 실시간으로 발생하는 가스양을 정량적으로 분석하는 프로토콜을 새롭게 제시해 효율적인 암모니아 전해 공정 조건(전해액의 산성도 등)도 찾아냈다.

최적화된 구동 환경에서는 1kWh의 전력으로 569L의 수소를 생산할 수 있다. 물 전기분해 대비 소비 전력량 3배 이상 낮은 수치다. 이는 암모니아를 쓸 때 물보다 적은 전력과 비용으로 그린수소를 생산할 수 있음을 실증한 것이다.

김건태 교수는 “이번 연구에서 제시한 고효율 전극을 암모니아 전해 공정을 적용하게 된다면 암모니아 전해 수소 생산 기술 상용화가 한층 빨라질 것”이라며 “암모니아, 더 나아가 폐 암모니아를 ‘CO2-free 수소’로 재 자원화하는 연구 가능성도 다각적으로 제시돼 신재생에너지의 새로운 패러다임 개척했다”고 전했다.

이번 연구결과는 에너지 및 재료 분야 국제학술지 ‘재료화학 저널 A’ 3월 27일 온라인판에 게재됐으며 표지논문으로 선정돼 정식출판을 앞두고 있다.

nbgkoo@heraldcorp.com