[신기술 소개] 신 재생 에너지 이용형 암모니아 합성 공정에 적합한 촉매 개발

KIC News, Volume 21, No. 2, 2018 47

신 재생 에너지 이용형 암모니아 합성 공정에 적합한 촉매 개발

오이타대학 이공학부 小倉 優太 박사 연구원, 佐藤 勝俊 객원 연구원(교토대학 촉매⋅전지 원소전략연구 거점특정조교), 永岡 勝俊 교수팀의 연구그룹은 신⋅재생 에너지 이용에 적합한 온화한 조건에서 높은 암 모니아 합성 활성을 나타내는 새로운 촉매로서 란탄과 세륨의 복합 희토류 산화물을 환원한 담체에 루테늄 을 담지한 산화물 담지형 촉매(Ru/La0.5Ce0.5 O1.75-x)를 개발했다.

암모니아는 화학 비료의 원료로서 중요한 물질이며, 최근에는 신⋅재생 에너지의 저장 및 수송을 담당하 는 에너지 캐리어로 주목받고 있다. 기존의 철촉매를 이용한 암모니아 합성 과정은 큰 공정이며 고온 고압 에서 반응이 이루어지고 있다. 이에, 대해 신⋅재생 에너지를 이용한 소형의 분산발전 과정에서 주문형 암 모니아를 생산해야, 온화한 조건(325-400 ℃, 10-100 atm)에서 암모니아를 얻을 수 있는 고성능촉매의 개발이 요구되어 왔다.

연구 그룹은 신⋅재생 에너지의 이용에 적합한 조건으로 생성 속도 환산으로 기존 산화물 담지하여 기존 의 루테늄 촉매의 약 2배에 달하는 매우 높은 암모니아 합성 활성을 가진 고효율로 암모니아를 얻을 수 있 는 Ru/La0.5Ce0.5 O1.75-x 촉매의 개발에 성공했다. 또한 루테늄이 2 nm 이하의 나노 입자로 담지되어 있고, 환원 된 담체가 루테늄 나노 입자의 일부를 덮고 있는, 두 가지 특징이 상승적으로 작용하여 높은 암모니아 합성 활성이 실현되는 것으로 확인되었다.

개발된 촉매는 쉽게 대기 중에서 제조가 가능하고, 취급도 용이하기 때문에, 재생 가능 에너지를 이용한 암모니아 생산 공정의 실현이 기대된다. 또한, 이번 촉매 설계를 적용하여 더 높은 활성 암모니아 합성촉매 의 제작이 가능할 것으로 기대된다.

이 연구 성과는 영국왕립화학회(The Royal Society of Chemistry)의 플래그쉽저널 ‘Chemical Science’

온라인 판에서 2018년 1월 공개됨.

Figure 1. Ru/La_0.5Ce_0.5O_1.75-x 촉매의 모식도, La과 Ce 복합 산화물에 미세한 Ru 입자가 담지된 더 환원된 담체가 부분 적으로 Ru 나노 입자를 덮고 있다.

KIC News, Volume 21, No. 2, 2018

신기술 소개

http://www.ksiec.or.kr

48 공업화학 전망, 제21권 제2호, 2018

Figure 2. Ru/La_0.5Ce_0.5O_1.75-x 촉매와 기존의 산화물 담지 Ru 촉매의 암모니아 생성 속도 비교.

출처: http://www.jst.go.jp/pr/announce/20180129/index.html (2018) 작성: 김 선 회 (상지대학교)