[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 청정연료연구실 윤형철 박사팀이 한국수소 운송저장 수단으로 활용하는 암모니아를 보다 적은 비용으로 만들 수 있는 기술을 개발했다. 연구진은 이 기술로 하루에 1㎏의 암모니아를 생산할 수 있는 실험실 규모 공정을 구축, 50bar의 저압과 400도 이하의 저온에서 고순도 암모니아를 만들어내는데 성공했다.6일 에너지기술연구원에 따르면, 연구진은 이 기술을 암모니아 생산 공정에 적용하면 생산 운영에 소요되는 비용을 15% 이상 절감할 것으로 예상하고 있다. 또한 기존 공정보다 압력이 낮아져 공정의 구성품인 압축기, 반응기 등의 제작비용까지 낮춰 생산 비용 전체를 줄일 수 있다. 올해부터는 암모니아 생산 공정을 하루 5㎏ 규모로 제작해 장기 운전을 통한 안정성을 확보할 계획이다. 윤형철 박사는 "최종적으로 파일럿 규모인 하루 50㎏ 생산 시설에서 검증해 우리나라가 청정 암모니아 생산국의 지위를 확보하는데 기여할 것"이라고 강조했다. 암모니아는 질소 원자 1개와 수소 원자 3개가 결합돼 있어 수소와 호환성이 높다. 또 상압, 영하 33도에 액체로 만들 수 있어 액체 수소보다 적은 에너지로 운송과 저장이 가능하다. 뿐만아니라 액체 수소에 비해 단위 부피당 약 1.7배 많이 수소를 저장해 대용량 저장과 장거리 운송에 유리하다. 우선 연구진은 지금까지 암모니아를 만드는 방법인 하버-보쉬 공장의 한계를 극복하기 위한 촉매를 개발했다. 분말 형태의 루테늄과 산화바륨으로 만든 촉매를 원주형 알갱이 형태로 만들어 상업적으로 활용할 수 있도록 제품화했다. 특히 지금까지 160도에서 만들던 방식에서 벗어나 상온에서 제조해 합성시간을 기존대비 3분의 1로 단축했다. 연구진은 새로 개발한 촉매와 독자적으로 구축한 국내 유일의 암모니아 생산 공정을 통해 성능을 평가했다. 암모니아 생산 공정은 원료인 수소와 질소를 공급하는 공급부와 암모니아를 합성하는 반응부, 합성된 암모니아를 냉각 분리해 고순도의 암모니아를 추출하는 냉각부로 구성된다. 부품과 시스템의 성능을 검증하는 기술성숙도(TRL) 4단계 수준의 시설을 구축, 실증에 성공했다. 올해 TRL 5단계 수준의 시설을 구축해 생산 실증 규모를 늘리고 2026년에는 파일럿 규모로 생산시설 규모를 키워 실용화 직전 단계인 TRL 6단계까지 기술완성도를 높일 계획이다. 윤 박사는 "저압·저온 저비용 암모니아 생산 기술은 탄소중립의 미래를 앞당길 수 있는 열쇠가 될 것"이라며, "향후 청정수소 및 무탄소 연료 도입을 위한 암모니아 생산 플랜트 국산화에 기여할 것"이라고 말했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국건설기술연구원 환경연구본부 강성원 박사팀이 하수에서 암모니아만 빨아들여 자원으로 활용할 수 있는 흡착제를 개발했다. 이 흡착제는 하수 내에 있는 암모니아를 기존의 방법을 통해 제거하지 않고 회수해 사용할 수 있다. 또한 하수처리와 암모니아 생산에 사용되는 에너지를 획기적으로 줄일 수 있으며, 궁극적으로는 탄소배출 저감효과도 기대할 수 있다. 1일 화학 공학 저널에 발표된 논문에 따르면, 연구진은 이온교환수지에 구리 헥사시아노철산염(CuHCF)을 결합해 1~2㎜ 입자로 흡착제를 만들었다. 나노물질을 작은 입자로 만들어 수처리에서 사용하고 쉽게 회수할 수 있게 했다. 이 흡착제는 하수 속 수많은 오염물질이 섞여있어도 암모니아만 선택해 회수했다. 흡착제에 달라붙은 암모니아는 간단한 재생과정을 통해 하수로부터 분리가 가능해 고농도 암모니아수를 회수할 수 있다. 이 흡착제는 반영구적으로 사용할 수 있으며, 흡착제 1g당 47㎎의 암모니아를 빨아들여 고농도의 암모니아를 회수했다. 비료, 요소수, 세정제의 원료로 쓰이는 암모니아는 2019년 한해 2억3500만t 생산됐다. 암모니아는 하버보쉬법을 통해 생산하는데 400도의 고열과 200 이상의 고압이 필요해 에너지 소모량이 많다. 또한, 국내 하수처리시설에서 사용되는 전력 사용량(2019년 기준)은 3650GWh로 국내에서 공급된 총 전력량의 0.7%에 해당한다. 이 중 30% 이상의 전력이 암모니아가 포함된 수중 질소를 제거하는데 쓰인다. 건설기술연구원 김병석 원장은 "이 흡착재가 하수처리장에 상용화되어 보급된다면, 전력소비량과 온실가스 배출량을 획기적으로 저감할 수 있을 것"이라고 말했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 이산화탄소 배출없이 암모니아를 만드는 공정에 사용할 촉매가 개발됐다. 이 촉매는 전기화학적인 방법에 활용하는 것으로, 120년 넘게 쓰이는 하버보쉬법을 대체할 것으로 기대된다. 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 상가라쥬 샨무감 교수팀이 일산화질소를 암모니아로 만드는 전기화학공정용 촉매를 개발했다. 상가라쥬 교수는 20일 "에너지 효율성은 높고, 이산화탄소 배출이 없는 친환경적인 방법으로 암모니아를 만드는 촉매를 개발했다"며 "이 촉매가 실제 상용화돼 환경 보존에 기여할 수 있기를 희망한다"고 말했다. 암모니아는 비료, 섬유 및 제약과 같은 화학 산업에서 중요한 화학 원료 중 하나이며, 무탄소 수소 운반체다. 120년 전 하버보쉬법으로 암모니아를 대량 생산해 합성비료를 만들면서 농업혁명이 시작됐다. 그렇지만 하버보쉬법은 전 세계적으로 연간 이산화탄소 배출량의 1~2%를 차지하고 있다는 문제점이 있다. 최근, 전기화학적으로 일산화질소를 암모니아로 만드는 방법이 주목을 받고 있다. 이 공정은 대기오염 물질인 일산화질소를 활용하는 친환경적인 방식이며, 에너지 효율성이 높고, 이산화탄소 배출이 없는 등 자연을 훼손자지 않고 기존의 방식을 대체할 수 있는 유망한 접근법이다. 하지만, 일산화질소의 강한 부식성으로 인해 암모니아 합성중 촉매의 금속 나노 입자 구조가 무너지기 쉽다. 연구진은 질소가 첨가된 다공성 탄소 구조를 활용한 니켈 나노 입자 코어와 쉘 전기 촉매를 개발했다. 이 촉매를 만들때 서로 다른 여러 이온들을 용액속에서 동시에 아래로 가라앉게 하는 방법인 공침법을 활용했다. 이 촉매는 100% 일산화질소 가스가 전해질에 포화된 조건으로 매우 낮은 과전위(550 mV)에서 패러데이 효율 72.3%를 달성했다. 이를통해 '산화질소 환원 반응'에 안정적이고 효율적인 전기화학적 촉매임을 증명했다. 또한, 태양 에너지가 보조로 사용된 암모니아 합성 풀셀 시제품을 만들어 테스트했다. 그결과 태양광 에너지에서 1.7%의 암모니아 효율을 얻음과 동시에 50% 이상의 패러데이 효율을 달성했다. 연구진은 이번 연구결과를 재료 공학 분야의 저명 학술지인 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자