생산된 중수소 암모니아 용기.[한국에너지기술연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 그간 일본과 중국등 해외 수입에 의존해왔던 중수소 암모니아(ND₃) 국산화 기반이 확보됐다.

중수소 암모니아는 암모니아(NH3)의 수소(H)를 중수소(D)로 바꾼 물질이다. 이를 반도체 제조 공정에 활용하면 반도체 소자 내부에서 발생하는 결함을 억제할 수 있어 수요가 나날이 늘어나는 추세다.

한국에너지기술연구원 윤영철 박사 연구팀은 자체 개발한 루테늄 촉매를 적용해 하루 7.7킬로그램(Kg) 규모의 중수소 암모니아 생산에 성공했다. 연구진이 개발한 촉매는 기존 중수소 암모니아 합성 방식에 필요한 압력을 1/5 수준으로 줄이고 온도 조건도 개선해 99% 이상의 고순도 중수소 암모니아 합성을 가능케 했다.

연구진은 기존 루테늄 촉매에 산화바륨을 섞어, 암모니아 합성에서 가장 어려운 단계인 질소 분해에 들이는 에너지를 줄였다. 산화바륨은 루테늄 표면의 전자 밀도를 높여, 표면에 있는 질소 분자의 결합력을 떨어트린다. 이를 통해 기존보다 월등히 낮은 온도와 압력에서도 질소를 분해하고 중수소 암모니아를 생산할 수 있게 됐다.

한국에너지기술연구원 연구진이 개발한 공정설비에 대해서 논의하고 있다.[한국에너지기술연구원 제공]

1000시간 이상 연속 운전해 검증을 완료했으며, 한국산업기술시험원의 인증을 획득해 내구성과 신뢰성을 모두 확보했다. 또 개발된 공정에서는 반도체 성능에 영향을 미치는 불순물이 생성되지 않아, 초고순도의 중수소 암모니아를 안정적으로 생산할 수 있음을 확인했다.

이번 기술 개발을 통해 국내 생산 기반을 확보함으로써 수입 의존도를 낮추고 향후 글로벌 특수가스 시장 진출도 가능할 것으로 내다봤다. 이를 위해 연구진은 공정 최적화와 생산 규모 확대를 통해 반도체·디스플레이·정밀화학 산업용 동위원소 소재 시장 진출을 본격 추진할 계획이다.

윤형철 박사는 “분석 결과 49종 금속 불순물이 검출되지 않아 고순도 특수가스 수준의 품질 가능성을 확인했다”면서 “장시간 안정적 운전 경험과 저압·저온 공정 기술을 기반으로 향후 반도체·디스플레이·정밀 분석 산업에 필요한 소규모 고기능 화학소재 생산 플랫폼으로 확장할 수 있을 것”이라고 밝혔다.