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한국재료연구원 극한재료연구소,라이브스코어 어플에너지·환경재료연구본부
국제 학술지 '카본' 게재 한국재료연구원 극한재료연구소 및 에너지·환경재료연구본부 연구팀 사진(왼쪽부터 장지웅 연구원,김재일 선임연구원,김종국 책임연구원,권두영 선임연구원,라이브스코어 어플문성모 책임연구원,장영준 책임연구원) /사진=한국재료연구원 
디젤이나 중유 대신 무탄소 연료인 '암모니아'를 연료로 사용하는 암모니아 추진선의 상용화를 앞당길 새로운 탄소 코팅 기술이 국내에서 개발됐다.
6일 한국재료연구원(이하 재료연)은 장영준·김종국 극한재료연구소 박사팀과 문성모 에너지·환경재료연구본부 박사팀이 암모니아 연료의 부식·마모 문제를 줄일 수 있는 '고내식 탄소 코팅 기술'을 국내 최초로 개발했다고 밝혔다.연구 결과는 국제 학술지 '카본'(Carbon)에 지난해 12월 1일 온라인 게재됐다.
암모니아 추진선은 암모니아를 연료로 사용하는 선박을 말한다.암모니아는 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않아 친환경 연료로 꼽힌다.국제해사기구(IMO)가 2030년까지 국제 해운 연료의 일정 비율을 무탄소 연료로 전환하도록 요구하는 만큼 전 세계적으로 암모니아 추진선을 개발하려는 움직임이 활발하다.우리나라도 '2050 녹색 해운 국가 행동계획','K-암모니아 친환경 선박 추진 전략' 등을 수립한 바 있다.
다만 암모니아 연료는 알칼리성이 강하기 때문에 기존 선박용 금속재료(스테인리스)에 오랫동안 적용할 때 극심한 부식과 마모 현상이 나타난다.특히 엔진,밸브,펌프,라이브스코어 어플베어링 등 연료와 직접 접촉하는 부분은 산화에 더 취약하다.따라서 암모니아 선박에 적합한 새로운 고내식 표면기술을 개발하는 게 중요한 과제다.고내식 표면기술은 부식을 견디는 성질인 '내식성'을 부품 표면에서 극대화하는 기술을 말한다. 국제 학술지 '카본'에 게재된 이번 연구 성과의 논문 초록 이미지./사진=한국재료연구원 
연구팀은 친환경 연료 선박용 탄소 코팅 기술을 개발했다.극저온을 포함해 중·저온 영역의 암모니아 연료 환경에서 급격히 진행되는 금속 부식을 억제하는 표면보호 기술이다.연구팀은 진공 증착으로 고순도 탄소 플라스마를 발생시켜 표면을 코팅하는 '자장여과아크' 기술과 코팅 증착 과정에서 기판에 가해지는 전압을 제어하는 기술인 '펄스 바이어스 제어' 기술을 동시 적용했다.또 수소를 통해 코팅 내부의 전기적 특성을 제어함으로써 암모니아 수용액의 부식 반응을 억제했다.
이를 실제 코팅에 적용한 결과,암모니아 용액과 만날 때의 부식 전류가 4마이크로암페어 퍼 제곱센티미터(㎂/㎠) 수준으로 감소했다.기존 소재의 부식 전류는 48㎂/㎠였다.부식 정도가 약 92% 감소한 셈이다.연구팀은 "암모니아 추진선 설계 및 선급 인증에서 요구하는 내식 기준을 충족할 수 있는 국내 유일의 국산 표면 코팅 기술"이라고 했다.
연구책임자인 장영준 책임연구원은 "이 기술이 상용화되면 친환경 조선·선박용 핵심 부품의 효율을 높여 장거리 운항이 가능한 실질적 솔루션을 제공할 수 있을 것"이라고 했다.김종국,문성모 책임연구원은 "재료연 자체 기술과 인프라 협력을 통해 이룬 성과"라고 했다.
연구팀은 반복 신뢰성 평가를 통해 암모니아 연료 환경용 코팅 기술 공정을 완성할 계획이다.
이번 연구는 재료연 자체연구사업과 한국연구재단 '나노 및 소재기술개발사업'의 지원을 받았다.
