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• 한국재료연구원, 암모니아 추진선용 '꿈의 코팅' 개발…상용화 청신호

  송고일 : 2026-01-06
  
  

  한국재료연구원 극한재료연구소 및 에너지·환경재료연구본부 연구팀 사진(왼쪽부터 장지웅 연구원, 김재일 선임연구원, 김종국 책임연구원, 권두영 선임연구원, 문성모 책임연구원, 장영준 책임연구원) / 한국재료연구원 제공

  [투데이에너지 장재진 기자] 한국재료연구원(KIMS)은 극한재료연구소 장영준, 김종국 박사팀과 에너지·환경재료연구본부 문성모 박사팀이 공동으로 암모니아 연료의 심각한 부식·마모 문제를 줄이기 위한 고내식 탄소코팅 기술을 국내 최초로 개발했다고 6일 밝혔다.

  연구팀의 공동 개발한 '암모니아 추진선용 고내식·내마모 탄소코팅 기술'은 국내 최초로 암모니아 연료 환경에서 선박 부품을 안정적으로 보호할 수 있는 차세대 기술로 평가받으며, 친환경 암모니아 추진선의 상용화를 크게 앞당길 핵심 기반 기술로 기대를 모으고 있다.

  국제해사기구(IMO)가 '2023 IMO 온실가스 감축 전략'을 통해 2030년까지 국제 해운 연료의 일정 비율을 무탄소 연료로 전환하도록 요구하고 있는 가운데, 암모니아는 액화수소에 비해 높은 저장 밀도와 운송 용이성 덕분에 차세대 무탄소 선박 연료로 각광받고 있다. 그러나 기존 선박용 금속재료인 스테인리스 440C 강재는 암모니아의 강한 알칼리성과 화학적 반응으로 인해 엔진, 밸브, 펌프 등 연료와 직접 접촉하는 부품에서 심각한 부식과 마모가 반복적으로 발생해왔다. 이로 인해 암모니아 추진선 설계 및 선급 인증 단계에서 고내식 표면기술 확보가 필수적인 요소로 지적되어 왔다.

  연구팀이 개발한 친환경 연료 선박용 탄소코팅 기술(ta-C:Hx)은 극저온은 물론, 중·저온 영역의 암모니아 연료 환경에서도 급격히 진행되는 금속 부식과 마모 문제를 근본적으로 억제하는 고내식 표면보호 기술이다. 이 신규 코팅은 암모니아 용액에서 기존 선박용 소재의 부식 전류가 48 마이크로암페어 퍼 제곱센티미터(㎂/㎠) 수준이었던 것에 비해, 4 ㎂/㎠로 약 92% 감소하는 탁월한 부식 저감 효과를 입증했다.

  암모니아 추진선 및 연료 공급시스템의 기계부식 마모 불량에 따른 장거리 운항 대응 문제 현황. /한국재료연구원 제공

  대체연료선박 수요 급증에 따른 암모니아-수소선박 기술 상용화 가속화 필요. /한국재료연구원 제공

  특히 이 기술은 기존 질화물 코팅이나 습식도금과는 차별화된다. 기존 기술들은 해수, 대기 등 일반 환경에 최적화되어 암모니아와 같은 강알칼리성 연료 환경에서의 장기 신뢰성이 검증되지 않았으며, 공정상 기공 및 계면 결함 발생으로 고부식 환경에서 취약점이 있었다. 반면, 이번 기술은 암모니아 환경을 전제로 자장여과아크 공정에 펄스 바이어스 제어를 적용하고 수소 도입을 통해 코팅 내부 구조와 전기적 특성을 제어함으로써, 미세기공과 계면 결함을 최소화하고 암모니아 수용액에서도 안정적인 탄소 구조를 구현했다. 이는 암모니아 추진선 설계 및 선급 인증에서 요구하는 내식 기준을 충족하는 국내 유일의 국산 표면 코팅 기술로 평가된다.

  연구를 이끈 장영준 책임연구원은 "본 기술이 상용화될 경우, 친환경 조선·선박용 핵심 부품의 고효율화와 신뢰성 향상을 통해 장거리 운항이 가능한 실질적인 솔루션을 제공할 것"이라고 밝혔다.

  공동 연구자인 김종국, 문성모 책임연구원은 "외부 기술 도입이 아닌 KIMS 내부 기술과 인프라 간 협력을 통한 기술 고도화가 특징"이라며 "이를 통해 국내 산업 생태계 강화는 물론, 향후 글로벌 시장 진출에도 크게 기여할 것으로 기대한다"고 덧붙였다.

  이번 연구 성과는 KIMS 자체 연구사업과 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행됐으며, 세계적 학술지 '카본(Carbon)'에 2025년 12월 1일 온라인 게재됐다.

  연구팀은 현재 암모니아 연료 환경용 코팅 기술의 공정 안정화와 반복 신뢰성 평가, 실제 선박 부품 적용을 위한 후속 실증 연구를 진행 중이며, 추가 특허 확보 및 산업체와의 협력을 통한 기술 이전 및 상용화 가능성도 적극적으로 검토할 계획이라고 밝혔다.

  ■ 용어 설명

  ㆍta-C:Hx 코팅(Hydrogenated Tetrahedral Amorphous Carbon Coating)= 탄소 원자가 다이아몬드와 유사한 결합 구조(sp3)를 이루는 비정질 탄소 코팅으로, 수소를 도입해 구조 안정성과 내구성을 향상한 표면보호 기술

  ㆍ자장여과아크(Filtered Cathodic Vacuum Arc)= - 고순도 탄소 플라즈마를 발생시켜 코팅을 형성하는 진공 증착 공정으로, 필터 구조를 통해 불순물과 입자를 여과해 치밀한 탄소 코팅층을 형성할 수 있는 기술

  ㆍ펄스 바이어스 제어= 코팅 증착 과정에서 기판에 인가되는 전압을 펄스 형태로 제어하는 기술로, 코팅층의 밀도와 균일도를 높이고 표면 결함 발생을 억제하는 데 활용됨.

  ㆍ부식·마모(Tribocorrosion)=부식과 마찰이 동시에 발생하는 복합 손상 현상으로, 선박 연료 이송계·밸브·펌프 등과 같이 화학적·기계적 하중이 동시에 작용하는 환경에서 주요한 손상 원인으로 작용함.

  출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)