울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 김건태 교수 연구팀이 액상 암모니아를 전기로 분해해 순도 100%에 가까운 그린수소를 대량 생산하는 데 성공했다고 6일 밝혔다. 연구팀에 따르면 이 방식은 물 전기 분해로 수소를 만드는 것보다 소모 전력량이 3배나 적었다.
액상 암모니아에서 수소를 추출하는 기술은 그린수소 시대를 앞당길 핵심 기술로 꼽히고 있다.
그러나 수소를 암모니아로 합성하는 기술은 상용화됐지만, 암모니아에서 다시 수소를 뽑아내는 기술은 아직 초기 단계다. 김 교수 연구팀은 다공성 니켈 폼 전극을 이용해 액상 암모니아에서 수소를 추출하는 데 성공했다.
니켈 폼 전극 표면에는 순환전류법으로 고르게 도포된 백금 촉매 입자가 있어 효율이 높다.
이 전극을 액상 암모니아에 넣은 뒤 전류를 흘려 주면 암모니아가 전기 분해되면서 수소를 얻을 수 있다.
수소 순도를 나타내는 지표인 패러데이 효율은 90% 이상이었고, 동시에 월등히 빠른 수소 생산 속도를 보여줬다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 또 가스 크로마토그래피(Gas chromatography·가스 분석기)를 활용해 실시간으로 발생하는 가스양을 정량적으로 분석하는 프로토콜을 새롭게 제시해 효율적인 암모니아 전해 공정 조건도 찾아냈다.
최적화된 구동 환경에서는 1kWh의 전력으로 569ℓ의 수소를 생산할 수 있는데, 물 전기 분해 대비 소비 전력량이 3배 이상 낮은 수치다. 이는 암모니아를 쓸 때 물보다 적은 전력과 비용으로 그린수소를 생산할 수 있음을 실증한 것이라고 연구팀은 밝혔다.
김 교수는 "이번 연구에서 제시한 고효율 전극을 암모니아 전해 공정에 적용하면 수소 생산 기술 상용화가 한층 빨라질 것"이라며 "또 암모니아와 폐암모니아를 '이산화탄소(CO2) 프리(free) 수소'로 재자원화하는 연구 가능성도 다각적으로 제시해 신재생에너지의 새로운 패러다임을 개척했다"고 말했다.
연구는 에너지 및 재료 분야 국제 학술지인 '재료화학 저널 A'(Journal of Materials Chemistry A) 온라인판에 3월 27일 자로 공개됐으며, 표지 논문으로 선정돼 정식 출판을 앞두고 있다. 연구 수행은 롯데케미칼, 과학기술정보통신부, 한국연구재단 등이 지원했다.