화학뉴스

암모니아(Ammonia)를 고온‧고압에서 합성하지 않고 작은 쇠구슬을 굴려 제조할 수 있는 기술을 울산과학기술원(UNIST) 연구팀이 개발했다.
UNIST는 에너지화학공학과 백종범 교수 연구팀이 작은 쇠구슬들이 부딪히는 물리적인 힘으로 기계 화학적 반응을 일으키는 볼 밀링(Ball-Milling) 공법으로 암모니아 합성에 성공했다고 12월15일 발표했다.
연구팀은 용기에 쇠구슬과 철가루를 넣고 회전시키면서 질소 기체와 수소 기체를 차례로 주입하는 방식을 사용했다. 빠르게 회전하는 쇠구슬에 부딪혀 활성화된 철가루 표면에서 질소 기체가 분해되고, 여기에 수소가 달라붙어 암모니아가 만들어진다는 것이다.
연구팀은 45도와 1바(bar: 압력 단위)의 저온·저압 조건에서 82.5%의 높은 수득률로 암모니아를 생산했다.
수득률은 반응물에서 생성물을 얻는 효율로 암모니아 제조공정인 하버-보슈(Haber-Bosch) 공법 대비 200분의 1 수준의 압력과 10분의 1 수준의 온도에서 3배가량 높은 수득률을 나타냈다.
하버-보슈공법은 450도와 200바에서 약 25%의 수득률로 암모니아를 얻을 수 있다.
개발공법의 가장 큰 장점은 복잡한 설비 없이 필요한 위치에 바로 암모니아를 생산할 수 있다는 것으로, 암모니아 가스를 액화해 운송하거나 저장하는데 발생하는 비용을 줄일 수 있다.
촉매로 쓰이는 철가루도 가격이 저렴하다.
또 기존 하버-보슈법과 달리 이산화탄소(CO2)를 전혀 배출하지 않는다.
인류가 배출하는 전체 이산화탄소 중 약 3%가 하버-보슈공법을 이용한 암모니아 제조과정에서 발생하는 것으로 알려져 있다.
암모니아는 비료, 폭발물, 플래스틱, 의약 제조에 사용되는 세계 10대 화학물질 중 하나로 세계 생산량이 1억4000만톤에 달하고 있으며 최근에는 수소연료의 저장체로서 큰 주목을 받고 있다.
백종범 교수는 “암모니아를 고온·고압 설비 없이 각종 산업현장에서 생산할 수 있어 저장·운송에 쓰이는 비용을 획기적으로 절감할 수 있을 것”이라고 강조했다.
연구결과는 나노과학 분야 국제 학술지인 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 12월14일에 공개됐다.