UNIST·KAIST 연구진, 일산화질소 이용 탄소제로 암모니아 합성 반응 기술 개발
금속착화합물 첨가제가 반응속도 및 반응 선택성 개선... ACS Energy Letters 속표지
ACS 표지. 유니스트 제공
미세먼지 원인물질인 일산화질소(NO)를 탄소배출 없이 100% 순수한 암모니아(NH3)로 전환시키는 기술이 나와 탄소중립시대를 앞당길 1석 2조 기술로 기대를 모으고 있다.
UNIST(울산과학기술원·총장 이용훈) 에너지화학공학과 권영국 교수팀은 임한권 교수팀, KAIST(총장 신성철) 김형준 교수팀과 미세먼지 전구체인 일산화질소 원료를 상온·상압에서 100% 암모니아로 변환시키는 전기화학시스템을 개발했다고 1일 밝혔다. 금속착화합물(FeIIEDTA)을 투입해 전해질 속에서 일산화질소를 흡착하는 역할을 함으로써 일산화질소 용해도가 100배 이상 개선되고 부산물도 생성되지 않았다.
기존의 전기화학적 변환기술은 일산화질소가 전해질에 잘 녹지 않아 반응속도가 매우 느렸고, 일산화질소끼리 짝을 이뤄(N-N Coupling) 질소기체(N2) 등이 생성되는 부반응 부산물이 많아 활용성이 떨어졌다.
이번 기술은 기존의 암모니아 생산 공정(하버 보슈 공법)이 온실가스인 이산화탄소를 배출하는 단점도 극복했다. 또 공정 반응을 유도하기 위한 고온·고압의 복잡한 설비와 비용 부담도 크게 개선할 수 있을 전망이다.
연구를 주도한 권영국 교수는 “액상 암모니아는 액화수소보다 단위 부피당 더 많은 수소를 저장 할 수 있어 수소 저장과 운송에 유리하다”며 “이번 기술 개발이 본격적인 수소 시대 개막을 앞당기는데 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.
이번에 개발된 전기화학 시스템은 표면에 나노 구조가 형성된 은(Silver) 촉매 전극에서 100시간 이상 100%에 가까운 일산화질소-암모니아 전환율을 보였다. 뿐만 아니라 용해도와 반응선택성을 높이는 금속착화합물도 철 기반 물질이라 안정성이 매우 높고 재사용이 가능하다.
예비경제성타당성 검사를 수행한 임한권 교수는 “잉여 신재생 전기에너지를 활용하면 개발된 시스템이 장기적으로 기존 암모니아 생산 공법과 견줄만한 경제성을 갖출 수 있을 것”이라고 설명했다.
권 교수는 “미세먼지 계절관리제 시행과 질소산화물 환경부담금으로 배출원의 경제적 부담이 가중되고 있다”며 “미세먼지 원인을 제거하는 동시에 그린수소 저장체인 암모니아를 생산하는 기술로 경제적 부담을 완화시킬 수 있을 것”이라고 기대했다.
이번 연구는 재료공학·전기화학 분야의 세계적 권위지인 ‘ACS Energy Letters’ 속표지논문으로 선정돼 11월 13일에 출판됐으며 연구 수행은 한국연구재단, UNIST, 울산시 등의 지원으로 이뤄졌다.
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