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[IT뉴스]에너지연, 팔라듐 막으로 물에서 수소 이온만 '쏙'...친환경 암모니아 합성 걸림돌 해소

온카뱅크관리자

2026-09-15 09:17:25

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 <img alt="에너지연 연구진이 개발 기술 성능을 실험하고 있다." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/15/etimesi/20260915091450427zhbb.jpg" data-org-width="700" dmcf-mid="1doPBSrNDX" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/15/etimesi/20260915091450427zhbb.jpg" width="658">
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 에너지연 연구진이 개발 기술 성능을 실험하고 있다.
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 우리 연구진이 물에서 수소 이온만 골라내는 분리막 기술을 활용, 친환경 암모니아 합성의 걸림돌을 해소했다. 이온과 물이 함께 나오는 기존 문제를 해결한 것이다. 이 기술은 물질 분리가 필요한 다른 영역에도 활용 가능해 더욱 의미가 깊다.
 한국에너지기술연구원은 팔라듐 막이 물에서 수소 이온만 골라 옮길 수 있음을 밝혀내고, 이를 친환경 암모니아 합성 공정에 적용, 성능을 입증했다고 15일 밝혔다.
 분리막은 전기화학 장치 안에서 반응물·생성물·용매 등이 섞이지 않도록 나누고, 반응에 필요한 이온은 통과시키는 역할을 한다.
 고분자 분리막 안에는 물이 흐르는 작은 통로가 있고 이온은 이 통로를 따라 이동한다. 문제는 이온과 함께 물과 같은 불필요한 분자도 함께 넘어가는 '크로스오버' 현상탓에 전기화학 장치 성능·안정성이 떨어진다는 점이다. 크로스오버를 줄이려면 이온 이동 속도까지 함께 느려진다.
 연구진은 고분자 분리막 대신 수소 원자를 흡수하는 성질을 지닌 팔라듐 막을 활용해 크로스오버 문제를 해결했다. 빈틈이 거의 없는 팔라듐 막이 수소만 흡수해 막 반대편으로 이동시키고 나머지는 움직일 수 없도록 막는 원리다. 
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 <img alt="연구진이 개발한 팔라듐 막과 암모니아 정량분석용 용액" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/15/etimesi/20260915091451696vsee.jpg" data-org-width="700" dmcf-mid="FwPJ4HlwOG" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/15/etimesi/20260915091451696vsee.jpg" width="658">
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 연구진이 개발한 팔라듐 막과 암모니아 정량분석용 용액
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 전기장이 걸리면 수소 이온은 팔라듐 막의 한쪽 표면에서 수소 원자로 바뀌어 금속 안으로 들어간다. 이후 팔라듐 내부를 이동해 반대편에 도착하고, 다시 수소 이온으로 바뀌어 용액으로 빠져나온다. 이 과정에서 막을 사이에 둔 양쪽의 용매와 반응물, 생성물은 팔라듐 막에 막혀 계속 분리된 상태로 유지된다.
 연구진은 개발한 팔라듐 막을 황윤정 서울대 교수팀과의 공동 연구로 전기화학적 암모니아 합성 공정에 적용해 효과를 확인하기도 했다. 기존에는 물과 수소 이온을 원천 분리할 수 있는 기술이 없어, 물 대신 수소 가스를 직접 활용하는 방식이 주였다. 반면 연구진은 팔라듐 막을 활용함으로써 국내 최초로 수소 대신 물을 직접 활용하는 전기화학적 암모니아 합성에 성공, 새로운 연구 방향을 제시했다.
 연구를 주도한 김재형 에너지연 청정연료연구실 박사는 “이번 성과는 그린 암모니아 합성 등 전기화학 반응 시스템에서 걸림돌로 작용한 크로스오버 문제를 해결할 수 있는 새로운 이온 전달 메커니즘을 제시한 것”이라며, “암모니아 합성 외에도 엄격한 물질 분리가 요구되는 다양한 전기화학 장치에 적용할 수 있어 기술의 확장성을 넓히는 데 기여할 것”이라고 밝혔다.
 이번 성과는 어드밴스드 사이언스 6월호에 게재됐다.
 김영준 기자 kyj85@etnews.com
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