백종범 교수팀, 실리콘 넣어 암모니아 속 수소 분리
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울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 백종범 교수팀이 암모니아에서 순도 100% 수소를 분리해내는 볼 밀링 공법을 개발했다고 25일 밝혔다.
암모니아(NH₃)는 청정연료인 수소(H₂)를 값싸게 저장·운반할 수 있는 물질이다. 무게 대비 수소 함량이 17.6%로 높고, 이미 암모니아의 저장·운송 인프라도 구축된 상태다.
문제는 암모니아에 화학적으로 저장된 수소를 다시 꺼내 쓰려면 고온(400∼600도) 분해와 추가 정제 공정이 필요하다는 점이다.
백 교수팀은 이번에 개발한 공정은 낮은 온도(50도 수준)에서 반응이 일어나 에너지 소모가 적고, 추가 정제 과정 없이 수소를 얻을 수 있다고 설명했다.
직경 수㎜ 크기의 구슬이 들어 있는 밀폐 용기(볼밀)에 암모니아 기체와 실리콘 분말을 함께 넣고 흔드는 방식이다.
구슬의 충격과 마찰로 실리콘이 활성화하면서 암모니아가 빠르게 분해돼 수소가 나온다. 암모니아가 분해되면 수소뿐만 아니라 질소(N₂)도 같이 나오는데, 질소는 기체 형태로 방출되지 않고 실리콘과 반응해 고부가가치 소재인 질화규소(Si₃N₄)로 전환된다.
실험에서 암모니아 기체가 모두 분해돼 시간당 102.5 mmol(밀리몰)의 수소가 생성됐으며, 성분 분석 결과 질소나 미반응 암모니아와 같은 기체 불순물이 없는 100%의 수소로 확인됐다. 실제 폐태양광 패널에서 회수한 실리콘을 사용했을 때도 동일한 전환율과 순도를 확보했다.
백 교수는 "폐태양광에서 회수한 실리콘 분말과 상용 실리콘 분말을 쓴 경우를 비교했을 때 성능 차이가 거의 없어, 2050년까지 8000만t 이상 누적 배출이 예상되는 폐태양광 재활용 기술로도 큰 가치가 있을 것"이라고 말했다.
연구 결과는 화학 분야 권위 학술지인 '미국화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society)' 지난 3일자에 실렸다.
