▲ (左부터)재료연 극한재료연구소 및 에너지·환경재료연구본부의 장지웅 연구원, 김재일 선임연구원, 김종국 책임연구원, 권두영 선임연구원, 문성모 책임연구원, 장영준 책임연구원이 암모니아 연료의 심각한 부식·마모 문제를 줄이기 위한 고내식 탄소코팅 기술을 개발했다.

국내 연구진이 암모니아 연료 사용 시 발생하는 부식·마모 문제를 근본적으로 낮출 수 있는 표면기술을 확보하며, 친환경 선박 상용화의 기술적 허들을 크게 낮췄다. 조선·해운 산업의 무탄소 연료 전환을 뒷받침할 핵심 기반 기술로 기대를 모은다.

한국재료연구원(KIMS, 원장 최철진)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.

기존 선박용 금속재료인 스테인리스 440C 강재는 암모니아의 강한 알칼리성과 화학 반응으로 인해 장기간 사용 시 표면 산화막이 손상되고, 국부 부식과 마모가 반복적으로 발생하는 한계가 있다. 

특히 엔진·밸브·펌프·베어링 등 연료와 직접 맞닿는 부품에서는 구조적 취약성이 실험과 실증을 통해 확인돼, 암모니아 추진선 설계와 선급 인증 과정에서 고내식 표면기술 확보가 필수 요건으로 꼽혀 왔다.

연구팀이 개발한 친환경 연료선박용 탄소코팅 기술(ta-C:Hx)은 극저온부터 중·저온 영역까지 암모니아 연료 환경에서 발생하는 금속 부식과 마모를 효과적으로 억제하는 표면보호 기술이다. 

기존의 선박용 소재가 암모니아 용액에서 48 마이크로암페어 퍼 제곱센티미터(㎂/㎠) 수준의 높은 부식 전류를 보이던 것과 달리, 신규 코팅은 4 마이크로암페어 퍼 제곱센티미터(㎂/㎠)로 감소해, 약 92%의 부식 감소 효과를 확보했다.

기존 질화물 코팅이나 습식도금 기술은 해수나 대기 등 일반 환경에 최적화돼 있어, 암모니아와 같은 강알칼리 연료 환경에서는 장기 신뢰성에 한계가 있었다. 특히 공정 특성상 발생할 수 있는 미세 기공이나 계면 결함이 고부식 환경에서 부식의 시작점으로 작용할 수 있다는 점이 문제로 지적돼 왔다.

이번 기술은 암모니아 환경을 전제로 공정을 재설계한 것이 특징이다. 자장여과아크 공정과 펄스 바이어스 제어를 적용해 결함을 최소화하고, 코팅 구조를 정밀 제어함으로써 암모니아 수용액에서도 안정적인 내식 성능을 구현했다. 이에 따라 암모니아 추진선 설계 및 선급 인증에서 요구하는 내식 기준을 충족할 수 있는 국산 표면 코팅 기술로 평가된다.

국제해사기구(IMO)가 무탄소 연료 전환을 본격화하고 주요 국가들이 암모니아 추진선 실증에 나서는 가운데, 이번 성과는 국내 조선·해운 산업의 상용화 걸림돌로 지적돼 온 표면기술 공백을 해소할 수 있는 기술적 기반이 될 것으로 기대된다. 

연구책임자인 장영준 책임연구원은 “본 기술이 상용화될 경우, 친환경 조선·선박용 핵심 부품의 고효율화와 신뢰성 향상을 통해, 장거리 운항이 가능한 실질적 솔루션을 제공할 수 있을 것”이라고 말했다. 

또한 공동 연구자인 김종국, 문성모 책임연구원은 “외부 기술 도입이 아닌 KIMS의 내부 기술과 인프라 간 협력을 통해 기술 고도화에 집중한 점이 특징”이라며 “이를 통해 국내 산업 생태계 강화는 물론, 향후 글로벌 시장 진출에도 크게 기여할 것으로 기대된다”고 전했다.

현재 연구팀은 현재 공정 안정화와 반복 신뢰성 평가를 진행 중이며, 실제 선박 부품 적용을 위한 실증 연구와 추가 특허 확보, 산업체 협력을 통한 기술 이전 및 상용화도 함께 추진할 계획이다

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한편, 본 연구 성과는 KIMS 자체연구사업(극저온 환경용 트라이볼로지 실용화 기술 개발)과 과학기술정보통신부 재원으로 지원되는 한국연구재단(나노 및 소재기술개발사업)의 지원을 받아 수행됐다. 또한 연구 결과는 세계적 학술지인 카본(Carbon, IF 11.6)에 2025년 12월 1일 온라인 게재됐다.