한국과학기술연구원(KIST) 손현태 수소·연료전지연구센터 박사팀과 포항공과대(POSTECH) 윤창원 화학공학과 교수팀이 공동으로 대용량의 수소를 운송하는 데 필요한 핵심 기술을 개발했다.
연구팀의 개발품은 대용량의 수소를 저장한 후 상온·상압에서 운송할 수 있는 액상유기수소운반체(LOHC)의 수소 추출 공정에 필요한 다공성 실리카 기반 나노촉매다.
개발된 촉매는 수소 추출공정에서 발생하는 부산물의 양을 획기적으로 줄이면서 추출 속도도 매우 빠르다.
액상유기수소운반체는 유기화합물을 수소 저장, 운송 및 방출을 위한 매개 물질로 사용해 대용량의 수소를 이송하는 데 사용되고 있다.
경유, 휘발유 등과 비슷한 성질을 가지고 있어 초기 투자비용 없이 기존의 석유화학 시설 인프라를 그대로 활용할 수 있다는 장점이 있다.
암모니아를 이용한 액체기반 수송과는 다르게 수소 저장 및 추출 사이클을 반복하는 것이 가능해 비용을 줄일 수도 있다.
문제는 수소 추출 공정 중 소량 발생하는 부분탈수소화물질(부산물)이 저장·추출 사이클의 반복 과정에서 누적돼 수소 저장량의 감소와 함께 전체 공정의 효율을 떨어뜨린다는 점이다.
또 고온에서 진행되는 수소 추출 공정에서 촉매의 안정성이 낮아져 수소생산 속도 또한 낮아진다.
개발된 촉매는 이 같은 문제점을 해결했다.
3차원 중형 다공성 실리카에 1-2 나노미터(nm) 크기의 백금(Pt) 금속이 고르게 퍼져있는 형태로 상용 촉매 Pt/Al2O3 보다 약 2.2배의 탈수소화 성능을 나타냈다.
액상 생성물 분포에서도 바이페닐 기반 LOHC 탈수소화 부산물이 상용 촉매 대비 20분의1 수준으로 발생했다.
나노 백금 금속 입자가 3차원 다공성 실리카 지지체의 각 기공 안에 존재해 높은 반응 온도에서도 안정적이며 장시간 사용해도 촉매 성능이 유지된다는 것을 확인한 것이다.
연구팀은 이번 연구가 촉매의 기공 크기 및 바이페닐 기반 LOHC 반응물의 체류 시간을 조절 수소해 선택도와 생산 속도를 높인 경우인 만큼 추가적인 연구를 통해 다양한 LOHC 추출공정에도 적용할 계획이다.
이번 연구는 에너지 환경 분야 국제 학술지인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ 최신 호에 게재됐다.

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