국내 연구진이 급속한 대량 수소 경제의 핵심인 암모니아에서 수소를 추출해 청정 수소 생산을 가속화할 세계 최고 수준의 루테늄(Ru) 암모니아 분해 촉매를 개발했다. 가장 중요한 것은 전 세계적으로 암모니아로부터 고순도 수소를 생산하는 상업적인 공정이 없어 핵심기술인 촉매와 반응기 개발이 필요하다는 점이다.
“수소 연구팀이 개발한 촉매는 기존 루테늄 대비 루테늄 함량을 절반으로 줄이고 세륨을 첨가해 세계에서 가장 높은 수소 발생률(촉매 1g이 시간당 또는 분당 생성하는 수소의 양)을 보여주어 기대가 크다” 리창균 KIER 소장은 “청정 수소 생산에 탄력을 받을 것”이라고 말했다.
질소(N)와 수소(H)의 화합물인 암모니아(NH3)는 상온에서 액체 상태를 유지하고 기체보다 부피가 작아 대규모로 보관 및 운송이 용이하기 때문에 가장 유망한 수소 운반체로 간주됩니다. 수량. 또한, 운반된 암모니아는 분해되고, 수소는 다시 연료로 사용될 수 있어 수소와 함께 암모니아의 위상도 높아지고 있다.
암모니아 분해 효율을 높이려면 질소를 효과적으로 재결합하고 흡수하는 것이 필요합니다. 현재 루테늄이 가장 좋은 활성을 보이고 있으나 희소성으로 인해 가격이 비싸고 저온에서 활성이 낮은 문제가 있다. 따라서 저온에서 활성이 높고 내구성이 우수한 촉매의 개발이 필요하였다.
연구진은 세륨(Ce)을 촉매로 도입해 루테늄 양을 절반만 사용해 암모니아 분해에 최적화된 범용, 저비용, 고활성 촉매를 개발했다. 이로 인해 촉매제조방법의 재현성과 실용성이 높아 대량생산이 가능할 것으로 기대된다.
연구진은 “내화학성과 기계적 강도가 높은 알루민산마그네슘(MgAl2O4) 촉매 지지체 표면에 세륨을 첨가하고, 지지체 표면에 소량의 루테늄을 원자 하나 크기로 고르게 분산시켰다”고 설명했다. ”
“촉매로 첨가된 세륨은 촉매 표면에 풍부한 산소 결손을 제공합니다. 산소 결손은 루테늄과 상호 작용하여 전자 밀도를 증가시킵니다. [the total amount of charge present in a certain volume of the catalyst] 이로 인해 루테늄 촉매는 질소와 수소 원자의 결합이 약해지고 동시에 질소 원자의 재결합이 촉진되어 암모니아 분해 속도와 수소 생성 속도가 크게 향상됩니다.
그 결과, 연구진이 개발한 촉매는 기존 루테늄 촉매 대비 절반의 함량과 8배의 수소 생성 속도에도 불구하고 450℃ 저온에서 세계 최고 수준의 수소 생성 속도(27.4 mmol 수소/Gcat min)를 보였다. 루테늄 촉매보다 높습니다.기존의 루테늄. 세륨이 없는 촉매(Ru/MgAl2O4).
이번 연구는 산업통상자원부 신재생에너지 핵심기술개발사업의 지원을 받아 이뤄졌다. 이번 연구 결과는 촉매 및 재료 분야 권위 있는 저널인 Applied Catalytic B: Environmental(IF 22.1 및 0.9% 이상)에 게재됐다.
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