공기중 질소를 '수소 저장' 암모니아로 만든다

DGIST 샨무감 교수팀, 질소로 암모니아 만드는 촉매 개발
이산화탄소 배출없어 친환경적… 향후 산업계 긍정적 영향

공기중 질소를 새로 개발한 촉매로 암모니아를 만들고 있다. DGIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 공기중 78%를 차지하는 질소를 암모니아로 만드는 촉매를 개발했다. 이 촉매를 이용하면 이산화탄소를 배출하지 않고도 수소를 저장하는 암모니아를 만들 수 있어 친환경적이다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 에너지공학전공 상가라쥬 샨무감 교수팀이 공기 중 질소를 암모니아로 만드는 촉매를 개발했다고 13일 밝혔다.

연구진은 얇은 육방정 질화붕소 시트 위에 질화몰리브덴 나노입자가 올라간 촉매를 만들었다. 이렇게 만들어진 촉매는 지금껏 존재하는 촉매중 가장 높은 암모니아 생산 활성률과 61.5%의 패러데이 효율을 보였다.

또한 가장 안정적인 성능과 내구성을 기록했다. 패러데이 효율은 반응을 일으키는 데 사용되는 전류를 100으로 두고, 원하는 반응에 사용된 전류가 그 중 얼마인지 측정하는 것을 뜻한다.

암모니아는 비료나 수소운반체 등 다양한 분야에 활용되는 귀한 화학 원재료다. 하지만 암모니아를 합성하는데 사용되는 기존 방식인 '하버-보슈법'은 인류가 배출하는 전체 이산화탄소의 1~2%를 차지할 만큼의 많은 이산화탄소를 배출해, 환경파괴의 원인 중 하나로 지목돼왔다.

DGIST 에너지공학전공 샨무감(왼쪽) 교수와 데이비드 쿠마르 에스도스 석사과정생. DGIST 제공

연구진은 전기화학적 반응을 일으켜 공기 중 질소로부터 암모니아로 합성하는 '질소환원반응(NRR)'을 이용한 방식을 제시했다. 연구진은 새롭게 개발한 촉매를 이용해 질소 환원 반응을 일으킬 경우, 공기 중 질소가 액체화되면서 암모니아를 합성할 수 있다고 밝혔다. 또한 기존 방식보다 암모니아를 합성하는데 있어 상대적으로 낮았던 효율성 문제도 함께 해결해, 관련 연구가 갖고 있던 한계도 극복했다.

샨무감 교수는 "이번에 개발한 암모니아 합성 촉매는 합성과정에서 발생되는 이산화탄소가 없고, 여러 합성 준비 단계를 거치지 않고 바로 단 한 번만의 반응으로 암모니아 합성이 가능하다"고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 에너지 및 환경 분야에서 국제적 저널인'응용 촉매 B-환경(Applied Catalysis B: Environmental)'에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자