한국에너지연구원 고온에너지전환연구실 이신근 박사 연구진이 최근 암모니아를 수소로 분해함과 동시에 정제가 가능한 통합형 분리막 반응기를 개발해 99.99% 이상의 고순도 수소를 생산하는데 성공했다.

이번에 개발한 저온 촉매·분리막 복합 암모니아 개질 기술은 500도 이하의 저온에서 팔라듐 분리막 반응기를 이용해 암모니아로부터 그린수소를 생산할 수 있는 기술이다.

특히, 연구진이 개발한 분리막은 수년간의 연구개발 끝에 국산화에 성공했다는데 의의가 있다.

암모니아에서 수소를 추출하기 위해서는 촉매를 이용한 분해방식을 사용하는데 일반적으로 이 반응은 400도 이상에서 95% 이상이 분해되지만 상용 촉매의 활성이 낮아 분해율을 높이기 위해 600도 이상으로 온도를 올려야 한다.

또 고순도 제조를 위해 PSA(압력스윙흡착)로 질소를 제거하는데 질소만 흡착할 수 있는 흡착제의 한계로 고순도 생산이 어렵다.

이에 연구진은 팔라듐 분리막과 암모니아 분해 촉매로 100도 이상 낮은 온도에서 암모니아를 98% 이상 분해함과 동시에 정제가 가능한 일체형 분리막 반응기 개발에 성공했다.

연구진은 PSA, TSA 정제기술 없이 수소 분리막을 사용해 수 소 생산과 동시에 정제가 가능하게 만들었는데 수소를 생산과 동시에 정제해 평형반응에서 생성물 제거효과로 샤틀리에 원리에 의해 분해온도를 낮춤과 동시에 고순도 수소생산이 가능케 했다.

연구진이 개발한 다수의 분리막을 반응기에 장착해 실험한 결과 반응기 온도를 100도 이상 낮췄음에도 98%의 분해율, 93% 이상의 수소 회수율로 99.99% 이상의 고순도 수소를 2㎏/d 이상 생산 가능함을 공인인증기관을 통해 검증 완료했다.

특히, 개발한 분리막은 대면적이면서 면적대비 수소 생산량이 두 배 이상 높아 세계 최고 수준이며, 분리막 개수를 증가시킴으로써 수소 생산량 확대가 가능하기 때문에 높은 상용화 가능성을 보여주고 있다.