소수성 백금 촉매개발, 고효율화 기술적 장벽 극복
[산업일보 이강은 기자]
독립행정법인 일본원자력연구개발기구(본부 이바라키현 나카군, 이사장 마쓰우라 쇼지로, 이하, 원자력기구)와 TANAKA귀금속공업주식회사가 핵융합로의 실현을 위해 트리튬 회수를 위한 새로운 소수성 백금 촉매 개발에 성공했다.
핵융합로에서는 트리튬이 중수소와 함께 연료로 사용된다.
트리튬은 매우 희소한 물질이며, 핵융합로 내에서는 촉매 반응을 이용해서 트리튬수로 농축하고, 최종적으로 트리튬 가스의 형태로 회수하는 시스템이 필요하다.
트리튬 회수에 사용하는 촉매는 백금 등의 귀금속을 베이스로 한 '소수성 귀금속 촉매'라고 불리는데, 일본에서는 고분자로부터 만들어진 소수성 귀금속 촉매가 신형 전환로 후겐의 중수 정제[6]에 사용된 바 있다.
그러나 이 촉매는 방사선에 대한 취화(脆化)나 내열성에 관한 과제가 있어 고농도의 트리튬수로부터의 회수가 필요한 핵융합로에 적용하기 위해서는 기술적인 과제를 해결할 필요가 있었다.
이를 위해 원자력기구와 TANAKA귀금속공업은 무기 물질을 베이스로 소수화 처리를 하는 새로운 촉매 제작법을 개발했다. 그 결과, 내방사선성의 표준이 되는 530kGy의 방사선 조사에 대해 성능 열화가 없고, 또한 통상 사용되는 온도인 70℃를 크게 웃도는 600℃ 이상의 내열성 확보에도 성공하여 지금까지의 기술적 과제를 해결했다.
이 방법으로 제작한 촉매가 종전의 약 1.3배에 상당하는 세계 최고의 교환 효율을 달성한다는 사실도 확인했다.
이에 따라 이 촉매를 액상 화학 교환 프로세스[7]에 적용시킴으로써 트리튬수로부터의 트리튬 회수 시스템의 신뢰성 향상과 고효율화에 관한 큰 기술적 장벽을 극복할 수 있을 것으로 전망된다.
촉매에 적용하고 있는 소수성 백금 촉매의 제작 기술은 핵융합 연구뿐만 아니라 폭넓은 분야에 응용 가능하며, 수소 산화 촉매에 적용한 경우에는 상온에서도 수소의 효율적 산화가 가능하다는 것을 실증했다. 또한 이 같은 취약성을 해결함으로써 원자력 분야 이외의 일반 수소 취급 플랜트의 안전성 향상에도 기여할 수 있게 될 것으로 기대를 모으고 있다.
이강은 기자 vitamin@daara.co.kr
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