UNIST 김건태 교수팀, 그린수소 시대 앞당길 암모니아 수소 추출 기술 개발
UNIST 김건태 교수팀, 그린수소 시대 앞당길 암모니아 수소 추출 기술 개발
  • 임지연 기자
  • 승인 2021.05.06 12:00
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물 전기분해 방식보다 전력 소모 3배 적어
(우측 하단부터 시계방향) 양예진 연구원, 김정원 연구원, 조효이 연구원, 성아림 연구원, 김건태 교수. 사진=UNIST 제공
김건태 교수 연구팀. (우측 하단부터 시계방향) 양예진 연구원, 김정원 연구원, 조효이 연구원, 성아림 연구원, 김건태 교수. 사진=UNIST 제공

[대학저널 임지연 기자] UNIST(총장 이용훈)는 김건태 에너지화학공학과 교수팀이 액상 암모니아(NH₃)를 전기로 분해해 순도 100%에 가까운 그린수소(H2)를 대량 생산하는 데 성공했다고 6일 밝혔다. 연구진이 제안한 분석기술로 평가한 결과, 이 방식은 물 전기분해로 수소를 만드는 것 보다 소모 전력량이 3배나 적었다. 

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 전극을 액상 암모니아 넣은 뒤 전류를 흘려주면 액상 암모니아가 분해(전기분해)되면서 수소를 얻을 수 있다. 수소 순도를 나타내는 지표인 패러데이 효율은 90% 이상이었으며, 화학반응 속도를 나타내는 전류 밀도도 500mA cm-2 이상으로 높았다. 

또 가스 크로마토그래피(Gas chromatography, 가스 분석기)를 활용해 실시간으로 발생하는 가스양을 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.

김건태 교수는 “이번 연구에서 제시한 고효율 전극을 암모니아 전해 공정을 적용하게 된다면 암모니아 전해 수소 생산 기술 상용화가 한층 빨라질 것”이라며 “암모니아, 더 나아가 폐(廢) 암모니아를 ‘CO2-free 수소’로 재 자원화 하는 연구 가능성도 다각적으로 제시돼 신재생에너지의 새로운 패러다임 개척했다”고 말했다.

이번 연구는 롯데케미칼 기초소재연구소 이민재, 서명기, 민형기, 최영헌 박사가 각각 공동 저자로 참여했다. 연구결과는 에너지 및 재료 분야 국제학술지 재료화학 저널 A(Journal of Materials Chemistry A) 온라인판에 3월 27일자로 공개됐으며 표지논문(inside front cover)으로 선정돼 정식출판을 앞두고 있다.


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