암모니아 전기분해로 수소를 대량생산하는게 물을 전기분해보다 효율적이다 (UNIST 2021.05.21)

UNIST 에너지화학공학과의 김건태 교수 연구팀은 액체 암모니아를 이용해 수소를 효율적으로 만들어내는 획기적인 기술을 발표했다.

연구팀의 연구결과는 최적의 프로세스 환경을 만들 수 있는 새로운 분석방법으로도 학계의 큰 관심을 받았다.

연구팀은 암모니아를 전기로 분해해 순도 100%에 가까운 수소를 대량생산하는데 성공했다. 또한 물을 전기분해해서 만드는 수소에 비해 3배나 적은 전력을 이용해 수소를 만들었다.

암모니아는 에너지 밀도가 매우 높고, 저장 및 취급이 용이해서 매력적인 수소운반수단으로 관심받고 있었다. 암모니아를 분해해 질소와 수소를 생산하는데에는 이론적으로 0.06V의 전압이 필요한데, 이는 물을 전기분해하는데 필요한 전압인 1.23V 보다 훨씬 낮은 수준이다.

이 연구에서 연구팀은 오페란도 가스크로마토그래피(operando gas chromatography)를 이용해 암모니아 산화에 필요한 촉매를 비교하고 평가할 수 있는 신뢰도 높은 프로토콜을 제안한다.

연구진은 이 프로토콜을 통한 실시간 모니터링으로 암모니아의 산화과정과 산소 발생 사이 경쟁적인 산화반응을 상세히 구별할 수 있었다.

연구진은 꽃처럼 생긴 Pt 촉매를 이용해 훨씬 적은 전력으로 수소를 효율적으로 생산했다. 물을 분해해 수소를 만들때에는 1 kW/h 당 242L의 수소를 만들었다면 연구진의 방식으로는 734L의 수소를 만들었다.

“이 엄밀한 프로토콜을 이용하면 현장에서 암모니아 산화의 성능을 평가하는데 도움이 될 것입니다. 이 방법론이 암모니아 전기분해라는 실현가능한 경로에 집중하는데 도움이 될 것입니다”

이 연구는 롯데케미칼 R&D 센터 이민재, 서명기, 민형기, 최영헌이 각각 공동저자로 들어가있으며, 2021년 5월 출간을 앞두고 2021년 3월 온라인으로 공개된 Material Chemistry A의 내부 표지에도 실렸다. 이번 연구는 롯데캐미칼, 과학기술정보통신부, 한국연구재단의 지원을 받아 이뤄졌다.

Journal Reference
Yejin Yang, Jeongwon Kim, Hyoi Jo, et al., “A rigorous electrochemical ammonia electrolysis protocol with in operando quantitative analysis,” J. Mater. Chem. A, (2021).

기사원본 : https://news.unist.ac.kr/novel-technique-seamlessly-converts-ammonia-to-green-hydrogen/

이 연구발표를 보고 롯데정밀화학 주식을 1주 구입했다(매수금액 67800원)
수소를 어떻게 운반하고 어떻게 생산하는가는 수소경제에 있어서 가장 핵심주제라고 생각한다.
이전에도 비행선 등에 수소를 사용했지만 폭발등의 문제로 역사속으로 사라져버렸다.
수소를 머금고있는 비행선도 폭발했는데 수로를 연소해 운행하는 수소자동차는 안전에 더 큰 요구사항이 있을 것이다.
자동차야 뭐 만드는 회사가 망하기 싫으면 안터지고 안전하게 만들것이다.
수소가 저장하고 있는 에너지밀도가 가솔린에 비해 더 높기에 승용차는 가솔린보다 더 적은양의 수소를 저장할 것이고
수소가 새어나간다고 해도 어떤 기체보다 가벼운 수소는 순식간에 빠져나가버릴 것이다.
수소경제의 엔드포인트라고 할 수 있는 자동차는 충분히 검증이 될 것이기에 위험이 적다고 생각한다.
오히려 어떻게 수소를 안전하고 효율적으로 생산하고 운반할지를 고민해야한다고 생각한다.
이 연구는 특수한 촉매를 이용해 암모니아를 전기분해했으며 이 효율이 물을 전기분해하는 것보다 3배 높은 효율성을 보였다.
물을 운반하는 것보다 암모니아를 운반하는게 어렵겠지만 3배정도면 걸어볼만하다.
효율이 높으면 좀더 적은 양으로 같은 양의 수소를 생산할 수 있으므로 운반에 필요한 탄소도 훨씬 줄어들 것이다.
암모니아를 전기분해해서 수소를 얻고나면 남은건 질소이다. 물을 전기분해해서 얻은 산소보다 안정적이고 보관과 처리에 용이하다.
암모니아는 이미 하버-보쉬 방법으로 대량생산할 수 있는 설비가 존재한다.
수소경제를 위한 퍼즐이 하나씩 맞춰지고 있는거 처럼 보인다.
새로운 시대는 새로운 에너지와 함께 열리곤 했다.
어쩌면 수소가 새로운 에너지원이 될 수 있지 않을까?