“수소 생산성 1.9배 향상 나노촉매 쉽고 간편하게 얻는다”
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“수소 생산성 1.9배 향상 나노촉매 쉽고 간편하게 얻는다”
  • 박지혜 기자
  • 승인 2020.07.24 14:32
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에기연, 신공정 기반 고성능 니켈 나노촉매 합성 기술 실증
경제성·재현성·신뢰성 확보 나노촉매 합성 상용화 길 열어

수소 생산을 2배 가까이 늘릴 수 있는 나노촉매를 쉽고 간편하게 얻을 수 있는 자동 합성 장치가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 청정연료연구실 박지찬 박사 연구진이 기존 상용 촉매 보다 수소 생산성이 1.9배 뛰어난 궁극적 니켈 나노촉매를 자동화 합성 장치를 통해 구현했다고 지난 23일 밝혔다.

기존에 사용한 나노촉매들은 비싼 원료물질을 이용한 다단계의 습식 공정이나 침전, 다양한 열처리 등 복잡한 공정과정이 필요해 단순한 공정과 저가로 신뢰성 있게 얻을 수 있는 기술 개발이 요구되는 상황이었다.

연구진은 비싼 수입 금속 전구체 대비 15% 수준으로 저렴한 가격의 국산 금속 전구체를 사용하면서도 고성능의 나노 촉매를 얻을 수 있는 자동화 촉매 합성 장치 및 제법들을 새롭게 개발했다. 또 이 기술을 바탕으로 각각 4.5, 7.9, 8.8 나노미터 수준의 균일한 크기를 가지는 니켈 나노입자들이 25%의 높은 중량비로 알루미나, 활성탄, 실리카 지지체에 담지 된 나노촉매들을 합성하는데 성공했다.

자동화 합성에 적용된 핵심 기술은 한정된 지지체 기공 안에 용융된 금속 화합물을 균일하게 함침한 뒤 적정 조건에 열분해 시키는 ‘용융함침공정’으로,유해 용매를 쓰지 않아 친환경적이면서도 쉽고 간편하게 우수한 성능의 나노촉매를 얻을 수 있는 장점이 있다.

이번 연구에서 자동화 기술로 합성된 니켈·알루미나계 나노촉매는 수소 생산을 위한 메탄-수증기의 개질반응에 적용돼 기존 상용 촉매보다 훨씬 높은 반응성과 메탄 전환율 그리고 고온에서의 안정성을 나타냈으며, 1.9배 향상된 수소생산성을 입증했다.

연구진은 비전문가 누구라도 이번에 구현한 자동화 합성 장치를 이용하면 신뢰도 있는 고성능의 나노촉매들을 쉽게 합성할 수 있다는 것을 실증했다. 향후 자동화 기술의 확장을 통해 고체촉매 뿐만 아니라 다양한 나노물질의 합성도 가능하고 이 과정에서 얻어진 여러 우수 물질의 제조법들은 플랫폼 기술을 통해 4차 산업혁명 시대에 꼭 필요한 나노소재 합성 빅데이터로도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

용융함침 공정기반의 체계적 자동화 합성 시스템 기술 개발은 에너지연과 자동화 장치 전문 기업인 하이젠과의 공동연구로 진행 중이며, 내년 이후 기술을 상용화할 예정이다.

이번 연구결과는 영국왕립화학회에서 발간하는 화학 및 화학공학 전문학술지인 ‘Reaction Chemistry & Engineering’지의 7월호 뒤표지 논문으로 선정됐다.


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