풍부하고 저렴한 금속과 질소...각종 산업에 이바지할 것
안전성 문제도 해결
미세먼지나 수질 오염 등의 원인으로 알려진 질산염을 활용해 친환경적이면서도 경제적으로 암모니아를 생산하는 기술이 개발됐다.
KAIST(한국과학기술원)는 8일 '내외방송'에 보낸 자료에서 "강정구 신소재공학과 교수 연구팀이 전기를 이용해 저농도 질산염 수용액으로 암모니아를 생산하는 고효율 촉매를 개발했다"고 밝혔다.
암모니아는 주로 농업용 비료나 플라스틱, 의약품과 수소 운반체 등 다양한 산업군에 쓰이는 유용한 자원이다.
연구팀이 개발한 전기 촉매는 '구리 금속 폼'과 '니켈-철 층상이중 수산화물(양전하 이온층과 교환이 가능한 음이온으로 전하 균형을 이룸)'의 복합체로 구성됐다.
구리 폼은 질산염을 흡착하고, 니켈-철 층상이중 수산화물은 화학반응 등을 통해 생성된 중간체인 수소 라디칼(분자로 결합되기 전의 수소 원자)을 구리 폼에 전달하면서 질산염이 암모니아로 바뀌도록 돕는다.
구리와 철, 니켈은 지구에서 풍부한 자원일뿐만 아니라 비교적 저렴하기 때문에 친환경적이면서도 경제적이라고 할 수 있다.
이 기술은 기존에 고온·고압 상태에서 값비싼 수소를 이용한다는 안전성과 비용 문제를 해결할 수 있고, 값싸고 풍부한 질소 기체로 활용성이 높은 암모니아를 생산할 수 있어 각종 산업에 이바지할 것으로 보인다.
강 교수는 "친환경적인 전기에너지를 이용해 질산염 환원법으로 암모니아를 생성하면 값비싼 수소 기체를 이용하면서 고온, 고압의 조건에서 발생할 수 있는 안전성 문제를 겪는 하버-보쉬 공정을 효과적으로 대체할 수 있다"고 설명했다.
이어 "실제로 강물이나 하천, 공장 폐수에 포함된 질산염을 농축시키는 과정 없이 효율적으로 암모니아를 생산할 수 있다"고 말했다.
김건한 박사가 제1저자로, 더모트 오헤어 옥스퍼드대 화학과 교수 연구팀이 공동으로 참여한 이 연구는 과학기술정보통신부 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지인 '에너지 환경 과학(Energy & Environmental Science)'에 지난달 24일 온라인 게재됐다(논문명: Energy-efficient electrochemical ammonia production from dilute nitrate solution).
