폐수에서 암모니아를 뽑아냈다

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 이재성 교수팀이 햇빛에 반응하는 광촉매로 폐수에서 암모니아를 만들어냈다.

비료 원료로 쓰이는 암모니아는 최근 수소 운반저장체로 급부상하고 있다. 수소를 암모니아로 바꾸면 수소를 그냥 액화하는 것 보다 약 1.7배 많은 수소 저장할 수 있는데다 기존 암모니아 액화 설비와 운송 수단을 그대로 쓸 수 있어 더 경제적이다.

이재성 교수팀은 전기분해 대신 햇빛을 바로 이용하는 광촉매로 95.6%라는 높은 선택도로 질산염을 환원시켜 암모니아를 만들었다. 높은 반응 선택도는 광전자가 질산염 환원 반응에만 효율적으로 쓰였다는 의미다.

이재성 교수는 14일 "암모니아 생산 과정에서 나오는 이산화탄소도 잡고, 폐수 속 질산염도 처리 할 수 있는 기술"이라며 "광촉매 효율과 안정성을 보완한다면 지상에서 가장 풍부한 재생에너지인 태양광을 직접 활용하는 이상적인 그린 기술이 될 것"이라고 말했다.

암모니아 생산 중 배출되는 이산화탄소는 전 세계 배출량의 약 1.8%를 차지할 만큼 많다. 대안으로 질소를 물에 녹여 전기분해 방법으로 그린 암모니아를 생산하는 기술이 있지만, 질소가 물에 잘 녹지 않는데다 여전히 화석연료로 생산한 전기를 써야만 하는 문제가 있다.

연구진은 반도체 물질인 실리콘을 나노미터 크기의 끈 형태로 만든 뒤 금 입자를 붙였 광촉매를 만들었다. 연구진은 "실리콘 나노와이어가 고르게 정렬된 광촉매의 구조 특성과 나노와이어표면에 잘 부착된 미량의 금 입자 성분 등 덕분에 이러한 높은 효율을 얻었다"고 설명했다.

물에 잘 녹는 질산염의 특성을 활용했다. 또 전기 대신 자체 개발한 광촉매를 썼다.

광촉매가 햇빛을 직접 받아 만든 전자로 질산염을 환원시켜 암모니아가 합성되는 방식이다.

실험결과, 이 광촉매를 활용해 아주 낮은 전압에서도 95.6%라는 높은 선택도로 질산염을 환원시켜 암모니아를 만들 수 있었다.

한편, 이번 연구결과는 이재성 교수팀이 중국 사천대학 허민 장교수, 한양대 장윤정 교수와 협력해 독일의 와일리(Wiley)사에서 발행하는 화학계 최고의 학술지 중 하나인 '앙게반테케미 국제판(Angewandte Chemie International Edition)'에 지난 5일자로 발표됐다.

[e-mail] 김만기 기자