에너지연구원, 친환경 암모니아 대량 생산 기술 개발

청정 암모니아 대량 생산 경쟁력 확보
암모니아 100% 수입 의존 극복 가능

한국에너지기술연구원 청정연료연구실 윤형철 박사 연구진이 세계 최고 수준의 저압 암모니아 합성 촉매를 대량으로 생산할 수 있는 양산법을 개발했다.

저압 암모니아 합성 펠릿 촉매

이 기술을 통해 생산한 촉매는 연구진이 설계한 암모니아 생산 공정에 적용돼 기존 하버-보슈 공정에 필요한 압력의 1/3 수준으로도 99.9%의 고순도 암모니아 생산하는 데 성공했다.

합성 비료의 원료로 인류의 식량문제 해결에 크게 기여한 암모니아(NH3)는 최근 친환경 연료인 수소를 저장, 운반해줄 수단이자 무탄소 연료로 주목받고 있다.

암모니아 생산 공정 시스템 앞 연구진 단체사진 (아래줄 가운데부터 시계방향 윤형철 책임연구원, 이경호 선임연구원, 김재형 선임연구원, 범희태 선임기술원, 김선형 책임연구원, 심준목 책임연구원)

연구진은 기존 하버-보슈 공정의 한계를 극복, 암모니아 합성 촉매를 양산하기 위한 제법과 촉매 성형법 개발에 성공했다. 여기에 그치지 않고 일일 1킬로그램(1kg/d)의 암모니아를 생산할 수 있는 실험실 규모 공정을 구축해 50바(bar)의 저압에서도 99.9%의 순도를 갖는 고순도 암모니아 생산에도 성공했다.

연구진은 한국과학기술원 최민기 교수진과 공동 개발한 분말 형태의 루테늄/산화바륨 촉매를 펠릿 형태로 만들어 상업적으로 활용할 수 있도록 제품화했다. 또, 기존 160도(℃)의 고온에서 제조되는 촉매를 상온에서 제조할 수 있도록 개발해 촉매 합성 시간을 기존 대비 1/3로 줄이고 생산 효율을 높였다.

연구진이 개발한 촉매 양산법과 독자적으로 설계한 암모니아 생산 공정을 이용하면 암모니아 생산 운영에 소요되는 비용을 15% 이상 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 더불어 기존 공정보다 낮아진 압력은 공정의 구성품인 압축기, 반응기 등의 제작비용도 낮춰 생산 비용 전체를 줄일 수 있다.

연구책임자인 윤형철 박사는 “저압·저온 저비용 암모니아 생산 기술은 탄소중립의 미래를 앞당길 수 있는 열쇠가 될 것이며, 향후 청정수소 및 무탄소 연료 도입을 위한 암모니아 생산 플랜트 국산화에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 에너지연 기본사업과 해양수산부 친환경 선박 전주기 혁신기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.

백종민 기자 cinqange@asiae.co.kr