[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구단 조영석·윤창원 박사팀이 암모니아로부터 고순도의 수소를 추출하고 전력을 발생시키는 기술을 개발해 대용량의 수소를 장거리 운송할 수 있는 수소운반체로서의 암모니아 가능성을 확인했다고 7일 밝혔다.

재생에너지 기반의 글로벌 청정에너지 공급망 확산이 전 세계적인 이슈로 부상하고 있지만 재생 전력을 전기의 형태로 장거리 이송하는 데는 많은 제약이 따른다.

이러한 이유로 잉여 재생전력을 수소의 형태로 변환하고 생산된 수소를 원하는 곳까지 운반해 이를 활용하는 기술개발에 대한 수요가 크게 증가하고 있다.

하지만 기체 형태의 수소는 단위 부피에 저장할 수 있는 양이 작아 한 번에 많은 양의 수소를 운송하기 어렵다.

최근 이를 극복하기 위한 전략으로 현재 사용 중인 화석연료의 이송 방법과 유사하게 액상 형태의 화합물을 수소운반체로 활용하는 방법이 제안되고 있다.

특히 액상 암모니아는 액체수소보다 같은 부피로 1.5배 가량의 더 많은 양의 수소를 저장(부피대비 수소저장밀도 108kg-H2/m3)할 수 있다.

생산과정에서 다량의 이산화탄소를 배출하는 기존 천연가스 수증기 개질 기반의 수소생산법과는 달리 암모니아는 분해 과정에서 수소와 질소만을 생성한다.

그러나 암모니아가 가지는 많은 장점에도 불구하고 암모니아로부터 고순도의 수소를 생산하고 이를 연료전지와 연계하여 전기를 생산하는 연구는 상대적으로 개발이 미흡했다.

이번 연구진은 이러한 제한점을 해결하기 위해 암모니아를 수소와 질소로 분해하는 촉매와 저렴하게 생산할 수 있는 분리막 소재를 개발했다.

개발한 촉매와 분리막 소재를 결합해 암모니아로부터 수소를 생산하는 반응과 동시에 분리막으로 고순도의 수소를 분리해내는 추출기를 구현했다.

연구과정을 보면 반응 온도를 기존 550도에서 450도까지 낮추어 실제 공정 적용 시 에너지 소비를 현저히 줄일 수 있음을 증명했다.

또 자체 개발한 저가금속 기반의 분리막을 활용해 현재 수소 분리에 가장 많이 사용되고 있고 혼합기체에서 특정 기체를 분리하는 데에 활용하는 흡착기반의 공정인 PSA(Pressure Swing Adsorption) 공정 등 값비싼 분리공정 없이도 99.99% 이상의 순도를 갖는 수소를 생산할 수 있었다.

이어 수증기를 활용해 분리막의 수소 분리 속도를 개선시킴과 동시에 생산된 수소를 연료전지에 직접 공급해 전력 생산을 실증했다.

이를 기반으로 대규모 수소 생산에 활용 가능한 공정을 설계했으며 에너지 절감 효과를 증명했다.

이 연구결과에 의하면 암모니아 분해 반응과 동시에 수소를 분리함으로서 분해 반응 온도를 550도에서 450도까지 현저히 낮추어 에너지 소비를 줄임과 동시에 수소 생산 속도를 기존 기술 대비 2배 이상 높였다.

KIST 조영석 박사는 “본 기술을 기반으로 이산화탄소 배출이 없는 컴팩트한 수소 파워팩을 개발해 드론택시, 무인비행기, 선박 등의 이동수단에 적용하는 후속연구를 계획하고 있다”고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업, 한국에너지기술평가원 신재생에너지핵심기술개발사업으로 수행됐고 분리막 분야 권위지인 저널 오브 멤브레인 사이언스(Journal of Membrane Science, JCR 분야 상위 2.809%)에 7월 26일 게재됐다.