화학연, 셀레늄 추가한 용융금속 촉매 개발
고체 대신 액체 촉매 활용..100시간 성능지속
고체 대신 액체 촉매 활용..100시간 성능지속
한국화학연구원은 한승주 박사 연구팀이 셀레늄(Se)을 첨가한 용융 금속 촉매를 활용해 메탄의 열분해 효율을 향상시켜 청록수소 생산성을 높이는 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.
청록수소는 메탄 열분해 반응으로 생성되는 수소로, 화석연료 기반의 그레이 수소와 재생에너지 기반의 그린수소의 중간단계에 해당하는 수소를 의미한다. 메탄 열분해는 청록수소를 생산하는 친환경 기술로, 고체 탄소를 부산물로 생성하고 이산화탄소를 배출하지 않아 주목받고 있다.
하지만 열분해에 높은 온도가 필요하고, 고체 촉매 활용 시 촉매 표면에 탄소가 침적돼 비활성화가 빠르게 일어나는 문제가 있다. 연구팀은 기존 기존 고체 촉매 대신 셀레늄을 추가한액체 상태의 Bi-Ni-Se(비스무스-니켈-셀레늄) 용융 금속촉매를 개발했다. 용융 금속촉매는 메탄 열분해 과정에서 생성되는 탄소를 분리하기 쉽고, 장시간 안정적으로 반응하는 장점이 있다.
특히 기존 Bi-Ni(비스무스-니켈) 촉매와 달리 셀레늄 금속을 첨가해 촉매의 표면 장력 감소와 촉매 표면 활성을 증가시켜 수소 생산성을 높일 수 있다. 또한 셀레늄 추가로 니켈의 표면 노출을 촉진시키고, 니켈 활성점의 메탄 전환 효율을 개선할 수 있다. 연구팀은 셀레늄 금속을 추가해 용융 금속 촉매의 기포제어 능력과 촉매 표면 활성 향상을 실험적으로 입증했다.
실제, 새 촉매는 기존 촉매 대비 메탄에서 수소로 바뀌는 전환율을 각각 36.3%, 20.5% 향상시켰고, 니켈-비스무스-셀레늄(Ni-Bi-Se)촉매는 100시간 이상 오랜 반응에도 성능 저하 없이 안정적으로 작동했다.
한승주 화학연 박사는 "기존 청록수소 생산기술의 한계를 극복하고 탄소중립 실현에 기여할 것"이라며 "2030년 상용화를 목표로 후속연구를 통해 공정 효율을 개선시켜 나가겠다"고 말했다.
이 연구결과는 재료·화학분야 국제 학술지 '어플라이드 카탈리시스 B(지난해 12월)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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