이산화탄소 배출 없이 암모니아를 합성하는 새로운 합성촉매 개발
이산화탄소 배출 없이 암모니아를 합성하는 새로운 합성촉매 개발
  • 함예솔
  • 승인 2021.04.13 09:00
  • 조회수 1989
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DGIST 에너지공학전공 상가라쥬 샨무감(Sangaraju Shanmugam) 교수 연구팀은 공기 중 떠다니는 질소를 활용해 암모니아를 합성하는 새로운 개념의 암모니아 합성촉매를 개발했습니다. 기존의 암모니아 합성법과 거의 동일한 합성효율을 보여줄 뿐만 아니라 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경적인 특성까지 지녀 향후 관련 산업계에 긍정적인 영향을 줄 것으로 기대됩니다. 해당 연구는 'Applied Catalysis B: Environmental'에 게재됐습니다. 

전기화학적 질소환원반응과 성장한 γ-Mo2N/BN 혼성 촉매의 개략도. 출처: DGIST
전기화학적 질소환원반응과 성장한 γ-Mo2N/BN 혼성 촉매의 개략도. 출처: DGIST

 

질소로부터 암모니아 합성한다

 

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

  • 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 됩니다. 

촉매를 이용해 암모니아를 합성하는 모습. 출처: DGIST
촉매를 이용해 암모니아를 합성하는 모습. 출처: DGIST

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

γ-Mo2N/BN의 전기 촉매 NRR 표(좌)와 암모니아 합성에 이용된 촉매의 투과 전자현미경(TEM) 사진(우). 출처: DGIST
γ-Mo2N/BN의 전기 촉매 NRR 표(좌)와 암모니아 합성에 이용된 촉매의 투과 전자현미경(TEM) 사진(우). 출처: DGIST

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 말했습니다.


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