한국에너지기술연구원이 기존 상용 촉매보다 수소 생산성이 1.9배 뛰어난 궁극적 니켈 나노촉매 합성 자동화 장치 구현에 성공했다.


기존에 사용된 나노촉매는 고가의 원료물질을 사용해 단가가 비싸고 공정과정이 복잡했다. 연구진은 저렴한 국산 금속 전구체로 고성능의 나노 촉매를 얻을 수 있는 자동화 촉매 합성 장치·제법을 새롭게 개발했다. 금속 전구체는 활성 나노입자를 만들기 위해 사용하는 선행 금속 화합물로 국산 금속 전구체는 수입품 가격의 15% 수준이다. 또한, 이 기술을 활용해 각각 4.5, 7.9, 8.8 나노미터 수준의 균일한 크기를 가지는 니켈 나노입자들이 25%의 높은 중량비로 알루미나, 활성탄, 실리카 지지체에 담지 된 나노촉매를 합성하는 데 성공했다.

자동화 합성에 적용된 핵심 기술은 한정된 지지체 기공 안에 용융된 금속 화합물을 균일하게 함침한 뒤 적정 조건에 열분해시키는 '용융함침공정이다. 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 개질 반응에 적용돼 기존 상용 촉매보다 훨씬 높은 반응성과 메탄 전환율, 고온에서의 안정성을 나타냈다. 이와 함께 1.9배 향상된 수소 생산성을 보여줌으로써 기술의 우수성을 증명했다.

연구진은 "향후 자동화 기술의 확장을 통해 고체 촉매 뿐만 아니라 다양한 나노물질의 합성도 가능해질 것"이라며 "개발 과정에서 얻어진 여러 우수 물질의 제조법은 플랫폼 기술을 통해 4차 산업혁명 시대에 꼭 필요한 나노소재 합성 빅데이터로도 활용할 수 있다"고 전했다.

융용함침 공정기반 체계적 자동화 합성 시스템 기술 개발은 한국에너지기술연구원과 자동화 장치 전문 기업 하이젠이 공동 진행 중이다. 2021년 이후 기술을 본격적으로 상용화할 예정이다.

한편, 이번 연구는 한국에너지기술연구원 주요사업과 중소벤처기업부의 중소기업지원 선도연구기관 협력기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.

송광범 기자 postmoneynews@gmail.com