한국화학연구원 한승주 박사 연구팀이 액체 금속촉매를 활용해 청록수소 생산 효율을 크게 높일 수 있는 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

청록수소는 메탄을 열분해해 생산하는 수소로, 생산 과정에서 이산화탄소를 배출하지 않아 그린수소와 함께 친환경 청정수소로 분류된다. 그러나 기존 청록수소 생산 기술은 높은 온도를 요구하거나, 고체 촉매 표면에 탄소가 축적돼 비활성화되는 문제가 있었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 고체 촉매 대신 액체 상태로 유지되는 용융 금속촉매를 적용했다. 이를 통해 메탄 열분해 과정에서 생성되는 탄소를 안정적으로 분리하는 데 성공했다.

특히 촉매 성능을 극대화하기 위해 셀레늄 금속을 첨가했다. 셀레늄은 촉매의 표면 장력을 감소시켜 반응 가스와 촉매 표면 간 접촉 면적을 극대화하는 역할을 한다. 또한 촉매의 활성화 에너지를 낮춰 표면 활성을 높이고, 수소 생산 효율을 개선하는 데 기여했다.

연구 결과에 따르면, 니켈-비스무스-셀레늄 촉매와 구리-비스무스-셀레늄 촉매는 셀레늄이 포함되지 않은 경우보다 각각 36.3%, 20.5% 높은 메탄 변환율을 기록했다. 특히 니켈-비스무스-셀레늄 촉매는 100시간 이상 연속 반응에서도 성능 저하 없이 안정적으로 작동했다.

연구팀은 2030년 이후 상용화를 목표로 공정 효율을 더욱 개선하기 위한 후속 연구를 진행할 계획이다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 응용 촉매 B-환경과 에너지(Applied Catalysis B: Environmental and Energy) 지난해 12월호에 게재됐다.

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