폐수에서 암모니아를 뽑아냈다

UNIST 이재성 교수팀, 햇빛에 반응하는 광촉매 개발
암모니아 만들어지는 과정에서 이산화탄소 발생 안해
친환경적 폐수 처리하면서 전기도 적게 쓰여 경제적

UNIST 이재성 교수팀이 개발한 광촉매 시스템에 햇빛을 비추면 수용액 속 질산염이 암모니아로 바뀌는 화학반응이 일어난다. UNIST 제공

[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