[투데이에너지 이성중 기자] 한국에너지기술연구원(이하 에너지연)이 세계 최고 수준의 저압 암모니아 합성 촉매를 대량 생산할 수 있는 양산법을 개발했다. 청정연료연구실 윤형철 박사 연구팀이 개발한 양산법을 통해 기존 하버-보슈 공정에 필요한 압력의 1/3 수준으로도 99.9%의 고순도 암모니아 생산하는데 성공한 것이다.
1909년 개발 이후 현재까지 사용되고 있는 하버-보슈 공정은 화석연료에서 생산한 수소와 공기의 질소를 고온, 고압에서 반응시켜 암모니아를 합성하는 공정으로 과정 중 이산화탄소 방출과 에너지 소모가 크다. 이에 탄소배출을 줄이기 위한 궁극적 목적을 고려한다면 생산 과정에서도 에너지 사용량을 줄일 수 있는 연구가 선행과제로 남아 있었다.
윤 박사 연구팀은 기존 하버-보슈 공정의 한계를 극복, 암모니아 합성 촉매를 양산하기 위한 제법과 촉매 성형법 개발에 성공과 더불어 일일 1킬로그램(1kg/d)의 암모니아를 생산할 수 있는 실험실 규모 공정을 구축 50바(bar)의 저압에서도 99.9%의 순도를 갖는 고순도 암모니아 생산에도 성공했다.
또한 한국과학기술원 최민기 교수진과 공동 개발한 분말 형태의 루테늄/산화바륨 촉매를 원주형 펠릿 형태로 만들어 상업적으로 활용할 수 있도록 제품화해 기존 160도(℃)의 고온에서 제조되는 촉매를 상온에서 제조할 수 있도록 개발 촉매 합성 시간을 기존 대비 1/3로 줄이고 생산 효율을 높였다.
연구팀이 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.