폐 암모니아로부터 순도 100% 수소 생산

- 물분해보다 3배 낮은 전력 사용…연간 폐암모니아 2000만톤 재자원화 가능
- 환경공학부 이재영 교수팀, 화학-에너지 분야 ChemSusChem 논문 게재

 

 

 

(그림 1) 국내에서 매년 2000만톤 이상 배출되는 폐암모니아를 친환경 전기화학 완전분해 공정을 통해 청정 수소로 생산하는 개념도

 

 

 

□ GIST(광주과학기술원) 환경공학부 이재영 교수팀(교신저자·에틀(Ertl) 촉매 연구센터)이 친환경 전기화학 분해법으로 폐(廢)암모니아를 분해해 순도 100%의 청정 수소를 생산하는 데 성공했다. 이번 성과는 폐암모니아를 수소로 재자원화하는 연구로서 신재생에너지의 새로운 패러다임을 연 것으로 평가된다.

□ 가축 분뇨나 생활 폐수에서 나오는 폐암모니아(국내에서 연간 2000만 톤 이상 배출)는 현재 염산 등을 이용하는 생물학적․화학적 방법으로 처리되고 있는데, 이는 화학약품에 의한 2차 오염을 유발하고 처리 비용이 비싸다는 단점을 지닌다.

 

  ∘ 이 때문에 폐암모니아를 친환경적으로 완전히 분해하고 부산물로서 수소를 얻을 수 있는 전기화학 분해 공정에 대한 연구가 진행되고 있다. 특히 수소연료전지 자동차와 제철 및 화학공정에 필요한 청정 수소를 생산하는 기술이라는 점에서, 폐암모니아를 친환경적으로 처리할 수 있는 기술로 주목받고 있다.

 

□ 연구팀은 전기도금법으로 백금촉매를 제조한 뒤 이를 암모니아 전기화학적 분해 공정에 사용해 청정 수소를 생산하는데 성공하였다.

 

  ∘ 연구팀은 전극-막 일체형 반응기(zero-gap cell)를 이용해 폐암모니아 산화․분해로 발생하는 질소와 수소를 추가적인 가스 분리공정이 없이

효과적으로 분리하였고 불순물이 포함되지 않은 순도 100%의 수소을 얻었다. 또 수소를 얻기 위한 생성 패러데이 효율*은 80% 이상임을 확인했다.

* 패러데이 효율 : 암모니아를 전기화학적으로 분해하기 위해 가해주는 전류를 이론적으로 계산했을 때 발생할 것으로 예상한 수소의 양과, 실제 실험을 통해 측정된 수소 양의 비율(%)

  ∘ 일반적으로 청정 수소를 얻기 위해 물을 전기분해하는 과정은 많은 전기 에너지를 필요로 하지만, 연구팀의 폐암모니아 전기화학 분해법은

물 전기분해와 비교했을 때 3배 낮은 전력이 소모돼 적은 전력과 비용으로 청정 수소를 생산할 수 있다는 장점이 있다.

□ 이재영 교수는 “이번 성과는 친환경적인 방법으로 폐암모니아 재자원화의 가능성을 확인했다는 점에서 의의가 있다”며 “이 연구가 산업화되어 폐암모니아를 이용한 100% 수소 치환을 가정할 경우 우리나라 연간 전력소비량의 12.6%를 충당할 수 있는 수소 에너지원을 생산하는 것과 같다”고 말했다.

 

 

             

 

□ GIST 환경공학부 이재영 교수(교신저자)가 주도하고 에틀(Ertl) 촉매 연구센터 곽지은 연구원(제1저자)이 수행한 이번 연구는 교육부와 한국연구재단의 일반연구자지원사업의 지원으로 수행되었고, 화학․에너지 분야의 세계적인 학술지 켐서스켐(ChemSusChem) 11월 4일자 온라인판에 게재됐다.

 

*논문명: Alkaline Ammonia Electrolysis on Electrodeposited Pt for Controllable Hydrogen Production (DOI: 110.1002/cssc.201501046)    <끝>

 

 

 

대외협력팀