암모니아 추진선 상용화 앞당길까…부식에 강한 탄소코팅 개발

재료연 장영준 박사팀 등 공동 연구…국제 학술지 온라인에 게재

(창원=연합뉴스) 김선경 기자 = 한국재료연구원(KIMS, 재료연)은 암모니아 연료 사용환경에서 발생하는 부식·마모 문제를 극복할 수 있는 '고내식(부식에 강함)·내마모(마찰에도 잘 견디는 성질) 탄소코팅' 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

연구개발에는 극한재료연구소 장영준·김종국 박사팀과 에너지·환경재료연구본부 문성모 박사팀이 공동 참여했다.

기존 선박용 금속재료(스테인리스 440C 강재)는 암모니아 연료 사용에 취약하다.

암모니아의 강한 알칼리성과 화학적 반응 탓에 장기 운용 시 표면의 산화막 붕괴, 국부 부식·마모가 반복적으로 발생하는 것으로 알려져 있다.

이 때문에 친환경 암모니아 추진선 설계, 선급 인증단계에서는 고내식 표면기술을 확보하는 것이 필수적이다.

재료연 연구팀이 이번에 개발한 탄소코팅 기술은 극저온은 물론이고 중·저온 영역의 암모니아 연료 환경에서 급격히 진행되는 금속 부식과 마모 문제를 근본적으로 억제할 수 있다.

연구팀은 자장여과아크(Filtered Cathodic Vacuum Arc) 공정(고순도 탄소 플라즈마를 발생시켜 코팅을 형성하는 진공 증착 공정)에 펄스 바이어스 제어(코팅 증착 과정에서 기판에 인가되는 전압을 펄스 형태로 제어하는 기술)를 적용해 결함을 최소화했다.

또 수소를 활용해 코팅 내부 구조와 전기적 특성을 제어함으로써 암모니아 수용액에서도 부식 반응이 억제되는 안정적인 탄소 구조를 구현했다.

기존 선박용 소재는 암모니아 용액에서 48㎂/㎠(마이크로암페어 퍼 제곱센티미터) 수준의 높은 부식 전류를 보인 반면 연구팀이 개발한 탄소코팅의 경우 4㎂/㎠에 불과했다. 92% 상당의 부식 감소 효과가 확인된 셈이다.

연구팀은 이번 기술이 암모니아 추진선 설계와 선급 인증 시 요구되는 내식 기준을 충족할 수 있다고 평가했다.

이 연구 결과는 국제 학술지인 카본(Carbon, IF 11.6)에 지난달 온라인 게재됐다.

연구팀은 현재 암모니아 연료 환경용 코팅 기술의 공정 안정화와 반복 신뢰성 평가를 진행하면서 실제 선박 부품 적용을 위한 후속 실증 연구를 병행하고 있다.

연구책임자인 장영준 책임연구원은 "이 기술이 상용화되면 친환경 조선·선박용 핵심 부품의 고효율화와 신뢰성 향상을 통해 장거리 운항이 가능한 실질 설루션을 제공할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

ksk@yna.co.kr