그린수소 생산 전극(니켈기반)에 촉매를 입히는 기술을 나타낸 연구그림/UNIST 제공

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 김건태 교수 연구팀이 액상 암모니아(NH₃)를 전기로 분해해 순도 90%가 넘는 그린수소(H2)를 생산하는 데 성공했다.
또 최적의 공정 환경 등을 찾아낼 수 있는 새로운 분석기술까지 제시했다.
물 전기분해로 수소를 만드는 것 보다 소모 전력량도 3배나 적었다.
현재 수소를 암모니아로 합성해 수소의 운송 수단으로 사용하는 것은 보편화 됐다.
1.5배 많은 수소를 운반할 수 있고 운송 중 손실도 적다.
하지만 암모니아에서 다시 수소를 뽑는 기술은 아직 초기 단계다.
연구팀은 다공성 니켈 폼(Ni foam) 전극을 이용해 액상 암모니아에서 수소를 추출하는 데 성공했다.
니켈 폼 전극 표면에서는 순환전류법(Cyclic Voltammetry)으로 고르게 도포된 촉매(백금) 입자가 있어 효율이 높다.
이렇게 합성된 전극에 액상 암모니아를 넣은 뒤 전류를 흘려주면 액상 암모니아가 분해되면서 수소를 얻을 수 있다.
수소 순도를 나타내는 지표인 패러데이 효율이 90% 이상이었다.
화학반응 속도를 나타내는 전류 밀도도 500mA cm-2 이상으로 높았다.
가스 크로마토그래피(가스 분석기)를 활용해 실시간으로 발생하는 가스량을 정량적으로 분석하는 프로토콜을 새롭게 제시해 효율적인 암모니아 전해 공정 조건(전해액의 산성도 등)도 찾아냈다.
최적화된 구동 환경에서는 1kWh의 전력으로 569L의 수소를 생산할 수 있다.
물 전기분해 대비 소비 전력량 3배 이상 낮은 수치다.
이는 암모니아를 쓸 때 물보다 적은 전력과 비용으로 그린수소를 생산할 수 있음을 실증한 것이다.

뒷줄 맨 오른쪽이 김건태교수, 시계 반대 방향으로 성아림 연구원, 조효이 연구원, 김정원 연구원, 양예진 연구원/UNIST 제공 

김건태 교수는 “이번 연구에서 제시한 고효율 전극을 암모니아 전해 공정에 적용하게 된다면 암모니아 전해 수소 생산 기술 상용화가 한층 빨라질 것”이라며 “암모니아, 더 나아가 폐(廢) 암모니아를 ‘CO2-free 수소’로 재자원화 하는 연구 가능성도 제시돼 신재생에너지의 새로운 패러다임을 개척한 것이다”고 밝혔다.
연구결과는 에너지 및 재료 분야 국제학술지 재료화학 저널 A(Journal of Materials Chemistry A) 온라인 판에 3월 27일자로 공개됐으며 표지논문으로 선정돼 정식출판을 앞두고 있다.

[저작권자ⓒ 에너지단열경제. 무단전재-재배포 금지]