에너지연, 신공정 니켈 나노촉매 합성 기술 실증
경제성·재현성·신뢰성 확보, 2021년께 상용화 예정

올인원 자동화 합성 장치를 통한 궁극적 니켈 촉매 합성 및 적용 기술에 대한 개념도.<사진= 한국에너지기술연구원>
올인원 자동화 합성 장치를 통한 궁극적 니켈 촉매 합성 및 적용 기술에 대한 개념도.<사진= 한국에너지기술연구원>
국내 연구진이 유해 용매 없이 지지체에 함침해 높은 성능을 내는 저가의 니켈·알루미나 촉매 합성에 성공했다. 경제성과 신뢰성을 확보하며 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. 

한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 박지찬 청정연료연구실 박사 연구팀이 기존 상용 촉매보다 수소 생산성이 1.9배 높은 니켈 나노촉매를 자동화 합성 장치를 통해 구현했다고 22일 밝혔다.

기존 나노촉매들은 비싼 원료 물질을 이용한 다단계 습식 공정이나 침전, 다양한 열처리 등 복잡한 공정으로 진행됐다.

연구팀은 기존보다 15% 저렴한 가격의 국산 금속 전구체(나노 입자를 만드는데 사용한 선행 금속 화합물)를 사용하면서도 고성능의 나노 촉매를 얻을 수 있는 자동화 촉매 합성 장치와 제법들을 새롭게 개발했다. 이 기술을 바탕으로 알루미나, 활성탄, 실리카 지지체에 가능한 나노촉매를 합성하는데 성공했다.

자동화 합성에 적용된 핵심 기술은 지지체 기공 안에서 금속 화합물을 균일하게 하고 공정에 유해 용매를 쓰지 않아 친환경적이면서 쉽고 간편하게 우수한 성능의 나노촉매를 얻을 수  있다.

실제 연구팀이 합성한 니켈·알루미나계 나노촉매는 수소 생산을 위한 메탄 수증기의 개질 반응에 적용, 기존 사용 촉매보다 높은 반응성과 메탄 전환율, 고온에서도 안정성을 보였다. 특히 1.9배 향상된 수소 생산성을 보여 기술의 우수성도 입증됐다.

관련 기술은 2017년 대한민국지식재산대전에서 특허청장상을 받은 바 있다. 현재 용융함침 공정기반의 체계적 자동화 합성 시스템 기술 개발은 에너지연과 자동화 장치 전문 기업인 하이젠과 공동연구로 진행 중이다. 2021년 이후 기술을 상용화 할 예정이다.

연구팀에 의하면 이번에 개발한 자동화 합성 장치를 이용하면 누구라도 신뢰도 있는 고성능의 나노촉매를 쉽게 합성 할 수 있다. 연구팀은 "향후 자동화 기술의 확장을 통해 고체 촉매 뿐만 아니라 다양한 나노물질의 합성도 가능할 것"이라면서 "과정에서 얻어진 여러 우수 물질의 제조법들은 플랫폼 기술을 통해 4차 산업혁명 시대에 꼭 필요한 나노소재 합성 빅데이터로도 활용 가능할 것"으로 예상했다.

이번 연구는 한국에너지기술연구원 주요사업과 중소벤처기업부의 중소기업지원 선도연구기관 협력기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 결과는 영국왕립화학회에서 발간하는 화학 및 화학공학 전문학술지인  'eaction Chemistry & Engineering'지의 7월호 뒤표지 논문으로 선정됐다.
 

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