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20년전 시작한 액상수소 저장 연구 기술 이전으로 결실

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20년전 시작한 액상수소 저장 연구 기술 이전으로 결실

2021.05.04 08:48
KIST 탄소중립 기술 공개
한국과학기술연구원(KIST)이 3일 20~30년 전 연구에 돌입해 현재 실증 단계에 돌입한 탄소중립 기술을 공개했다. 첫 발표를 맡은 윤석진 KIST 원장(사진)이 ′탄소중립을 위한 KIST의 역할′에 대해 발표하고 있다. 연합뉴스 제공
한국과학기술연구원(KIST)이 3일 20~30년 전 연구에 돌입해 현재 실증 단계에 돌입한 탄소중립 기술을 공개했다. 첫 발표를 맡은 윤석진 KIST 원장(사진)이 '탄소중립을 위한 KIST의 역할'에 대해 발표하고 있다. 연합뉴스 제공

정부는 올 3월 탄소중립 기술혁신 추진전략을 제시한데 이어 4월에는 연구기관의 비전선포식을 열며 ‘탄소중립’ 실현을 위한 속도를 내고 있다.

 

한국과학기술연구원(KIST)은 3일 ‘탄소중립 연구의 산업화 기술 및 실증 사례’를 주제로 브리핑을 열고 KIST에서 연구한 탄소중립 기술 중 산업체와 협업해 산업화에 성공한 기술을 공개했다. 이들 기술은 20~30년 전 연구에 돌입해 현재 실증 단계에 돌입한 기술들이다. 이번에 공개된 기술은 암모니아에 액상 수소를 저장하는 기술을 비롯해 촉매를 나노입자 크기로 만드는 기술, 탄소를 포집해 활용하는 기술이 포함됐다. 이번 브리핑에는 윤창원 수소연료전지연구단 책임연구원, 허가현 극한소재연구센터 책임연구원, 정광덕 청정에너지연구센터 책임연구원, 유남호 탄소융합소재연구센터 책임연구원이 참여했다.
 

수소연료전지연구단은 암모니아에서 수소를 추출할 때 수율을 높여주는 루테늄(Ru) 촉매를 개발하고 이를 이용한 수소추출시스템을 개발했다. 수소는 액체로 만들면 단위 무게 당 에너지 저장 밀도가 높아 수소를 암모니아 형태로 만들어 에너지를 전달하는 기술이 차세대 에너지 저장 매체로 각광 받고 있다.

 

태양열, 풍력 등으로 만든 신재생 에너지를 이용해 물을 전기분해하면 수소가 생성된다. 수소를 암모니아로 만들고 에너지가 필요한 곳까지 옮겨 암모니아에서 다시 수소를 추출한 후 수소를 연료료 삼는 연료전지를 이용해 전기에너지를 만들어 쓰는 방식이다. 이때 암모니아에서 수소를 가능한 많이 추출해야 에너지를 낭비하지 않을 수 있다.

 

연구단은 루테늄 나노입자를 란타넘(La)이 도핑된 알루미나(Al2O3) 지지체에 고정해 촉매를 만들었다. 이를 활용해 암모니아에서 수소를 가능한 많이 추출하는 시스템을 개발했다. 지난 2020년 12월 원익머트리얼즈에 기술이전을 했고 현재 대용량 수소추출 시스템을 구축하고 실증을 추진하고 있다. 원익머터리얼즈는 하루에 수소를 500㎏ 생산할 수 있는 기술 상용화를 목표로 하고 있다. 

 

윤 책임연구원은 “태양열, 풍력 같은 신재생에너지의 단점은 생산량 예측이 어렵고 에너지 수요가 많은 곳에서는 오히려 생산량이 적은 것이 단점”이라며 “해외에서 생산한 에너지를 가져와야 하는데 구하기 쉽고 탄소를 포함하지 않는 암모니아가 수소 운반체로 각광받고 있다”고 말했다.

 

극한소재연구센터는 태양광, 연료전지, 배터리 등에 주로 쓰이는 귀금속 촉매를 나노입자 크기로 정제하는 기술을 개발했다. 백금(Pt), 금(Au), 루테늄(Ru) 등 귀금속 촉매는 에너지 분야에서 널리 사용되고 있지만 가격이 비싸다는 단점이 있다. 비용을 아끼려면 같은 귀금속 촉매를 작은 입자로 만들어 표면적을 늘려 반응성을 높여야 한다. 귀금속 촉매의 입자 크기가 2nm(나노미터·1nm는 10억 분의 1m)일 때 반응성이 가장 높다.

 

극한소재연구센터는 귀금속 촉매를 지름이 10nm보다 작게 만드는 공정을 개발했다. 작은 나노입자 촉매를 만드는 공정은 공정과정이 복잡하고 합성 조건이 까다로워 대량생산이 어렵고 비용이 많이 들었다. 하지만 극한소재연구센터가 개발한 공정은 상온에서 가능하고 공기 접촉 여부를 고려하지 않아도 된다. 이 나노 크기의 촉매는 탄소 지지체에 부착해 연료전지 전극 촉매로 활용될 수 있다. 또 연료전지, 수전해를 포함한 수소에너지용 소재, 에너지·환경 응용 촉매 소재, 고감도 센서용 소재, 바이오이미징, 바이오마커 등의 의료분야에도 활용할 수 있다. 현재 금양이노베이션에 기술을 이전한 상태다.

 

청정에너지연구센터는 열화학적 방법을 통해 이산화탄소(CO₂)를 포름산(HCOOH)으로 전환하는 공정을 개발했다. 정 책임연구원은 이 기술을 이용하면 2030년 연 10만t의 이산화탄소를 줄일 수 있을 것이라고 설명했다. 탄소융합소재연구센터는 친환경적인 섬유강화복합재(CFRP)를 재활용하는 기술를 개발했다. 물을 용매로 사용해 80~110도에서 화학적으로 분해해 CFRP로부터 고품질의 재생탄소섬유와 에폭시를 얻는 기술이다. 

 

석현광 KIST 연구기획조정본부장은 "KIST는 20~30년 후에 사용할 미래 기술과 학제융합연구를 하는 기관이며 탄소중립도 이에 벗어나지 않는다"며 "미래기술 확보에 집중하고 해당 기술이 실용화될 때까지 끝까지 책임지겠다"고 말했다.

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