암모니아가 수소 대신 직접 전기 만든다… 포스텍 기술 개발

탄소 배출 없는 전력 생산 길 열어
저장·운송 간편… 연료전지 성능 쑥

김원배 포스 교수

포스텍 화학공학과·배터리공학과 김원배 교수, 화학공학과 통합과정 하중섭 씨 연구팀은 암모니아를 직접 연료로 사용하는 '고체산화물 연료전지' 성능과 내구성을 동시에 높이는 기술을 개발했다.

수소 대신 암모니아를 바로 연료로 사용하는 이 기술은 탄소 배출 없는 전력 생산의 길을 열며 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 현지시각으로 지난 15일 게재됐다.

'고체산화물 연료전지(SOFC)'는 연료의 화학에너지를 전기로 바꾸는 친환경 발전 장치다. 가장 흔히 쓰이는 수소는 극저온(-253℃)에서 액화하거나 고압으로 저장해야 해 비용과 인프라가 많이 든다.

반면 암모니아는 상온에서도 액화가 쉽고 에너지 밀도가 높아 저장과 운송이 간편하며 탄소를 포함하지 않아 연소 시 이산화탄소가 발생하지 않는다.

암모니아를 연료로 사용하려면 전극 표면에서 암모니아가 빠르게 분해돼야 하고 고온 부식 환경에서도 전극이 버텨야 한다. 하지만 기존 니켈 전극은 암모니아와 반응하면서 금속 입자가 뭉치고 전극이 갈라져 성능이 저하되는 문제가 있었다.

이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 바륨과 철을 활용했다.

실험 결과, 바륨이 도입된 전극은 기존 전극보다 약 25% 높은 최대 전력밀도 1.02W/㎠(단위 면적당 와트)를 기록했다. 내구성도 뛰어나 200시간 연속 운전에서도 성능 저하 없이 안정성을 유지했다. 특히 투입된 암모니아가 모두 반응해 하나도 남지 않는 100% 분해 효율을 달성했다.

연구는 복잡한 수소 저장·운송 없이, 전지 발전 효율과 수명을 함께 확보했다는 점에서 의의가 크다.

김원배 교수는 "바륨 도입과 철 나노입자 형성을 결합은 연구팀의 전극 촉매 설계는 암모니아 연료전지 성능과 내구성을 동시에 끌어올릴 성과"라며"암모니아의 손쉬운 저장·운송 특성을 고려하면 이번 기술은 탄소 제로 전력 생산을 실현하는 핵심 기반 기술이 될 것"이라고 전했다.


포항=김규동 기자 korea808080@