DGIST 에너지공학전공 샨무감 교수팀, 이산화탄소 배출 없이 암모니아 합성하는 새로운 합성촉매 개발

DGIST 에너지공학전공 샨무감 교수(왼쪽)와, 데이비드 쿠마르 에스도스 석사과정생이 포즈를 취하고 있다.

대구 DGIST 에너지공학전공 상가라쥬 샨무감(Sangaraju Shanmugam) 교수 연구팀은 공기 중 떠다니는 질소를 활용해 암모니아를 합성하는 새로운 개념의 암모니아 합성촉매를 개발했다. 기존의 암모니아 합성법과 거의 동일한 합성효율을 보여줄 뿐만 아니라 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경적인 특성까지 지녀, 향후 관련 산업계에 긍정적인 영향을 줄 것으로 기대된다.

암모니아는 비료나 수소운반체 등 다양한 분야에 활용되는 귀한 화학 원재료 중 하나다. 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.

전기화학적 질소환원반응과 성장한 γ-Mo2NBN 혼성 촉매의 개략도.

이에, 샨무감 교수 연구팀은 전기화학적 반응을 일으켜 공기 중 질소로부터 암모니아로 합성하는 '질소환원반응(NRR)'을 이용한 방식을 제시했다. 연구팀은 새롭게 개발한 촉매를 이용하여 질소 환원 반응을 일으킬 경우, 공기 중 질소가 액체화되면서 암모니아를 합성할 수 있다고 밝혔다. 이는 기존의 '하버-보슈법'과 달리 이산화탄소가 배출되지 않는 것이 특징이다. 또 기존 방식보다 암모니아를 합성하는데 있어 상대적으로 낮았던 효율성 문제도 함께 해결해, 관련 연구가 갖고 있던 한계도 극복했다.

DGIST 에너지공학전공 샨무감 교수는 "이번에 개발한 암모니아 합성 촉매는 합성과정에서 발생되는 이산화탄소가 없고, 여러 합성 준비 단계를 거치지 않고 바로 단 한 번만의 반응을 통해 암모니아 합성이 가능하다"며 "이는 합성을 위해 여러 단계를 거치고, 그 과정에서 이산화탄소를 발생시키는 기존의 암모니아 합성법과 달리 진정한 친환경적인 접근이다"고 말했다.

한편, 이번 연구는 교육부와 한국연구재단의 BK21 플러스(Brain Korea 21 Program for Leading Universities & Students) 사업을 통해 이루어졌다. 또 연구결과는 에너지 및 환경 분야에서 국제적 저널인 'Applied Catalysis B: Environmental' 온라인판에 2월 20일 게재됐다.

?수소운반체( hydrogen carrier)= 수소의 운반에 관계하는 화합물. 생체 내의 물질 산화에서 그 물질로부터 빠져나온(탈수소반응에 의함) 수소는 여러 종류의 유기화합물과 순차적으로 주고받고, 마지막으로 산소와 결합하여 물이 된다.

박종문기자 kpjm@yeongnam.com

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