탄소배출 없이 암모니아 생산…GIST 연구진, 촉매기술 개발

전기에너지만으로 질소를 암모니아로 전환…탄소중립 기술로 주목

광주과학기술원(GIST) 연구진이 전기에너지만으로 질소를 암모니아로 전환할 수 있는 촉매를 개발, 탄소 배출이 없는 '그린 암모니아' 생산을 위한 새로운 공정을 제시했다.

암모니아는 비료나 요소수를 만드는 데 사용되는 중요한 물질로, 온실가스 없는 친환경 에너지원으로 기대되며 질량·부피 당 수소 밀도가 높아 차세대 수소 저장체로서 주목받고 있다.

현재 암모니아 생산 공정은 질소와 수소를 고온·고압으로 반응시키는 '하버-보슈법(Haber-Bosch process)'을 널리 사용하고 있으나, 에너지 소모량이 많고 상당량의 이산화탄소를 배출한다.

GIST 지구·환경공학부 이재영 교수 연구팀은 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경 암모니아 생산기술로 전기에너지를 이용해 질소를 암모니아로 전환하는 기술을 개발했다.

전기방사법을 통해 '코발트-몰리브데넘'이 탄소나노섬유 내부에 적절히 분포된 구조의 물질을 개발했다.

이 물질을 질소 환원반응 촉매로 이용, 공기 중 질소를 고부가가치 암모니아로 전환하는 데 성공했다.

연구팀이 제시한 촉매의 탄소나노섬유 구조에서는 반응물의 흡·탈착 세기가 적절히 조절되고, 전해질 내 물이 경쟁 반응보다 질소 환원반응에 참여하는 것으로 나타났다.

연구진은 촉매를 이용한 전기화학적 암모니아 합성 시스템상에서 암모니아 전환 효율이 기존 약 10% 미만 수준에서 최대 34.5%까지 향상되는 결과를 얻었다.

이재영 교수는 26일 "기존 공정보다 친환경적인 새로운 암모니아 생산 공정과 암모니아의 수소 저장체로서의 가능성을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다"면서 "대량 생산이 가능하도록 반응기를 최적화시킨다면 암모니아 생산 공정 효율을 최대한 높일 수 있을 것이다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 해외 우수연구기관협력 허브 구축사업의 지원으로 수행됐으며, 화학 분야의 권위지인 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)' 10월 4일자 온라인판에 게재됐다.

/연합뉴스