화학뉴스

한국기계연구원은 이대훈 책임연구원 연구팀이 재생에너지를 이용해 상온에서 암모니아(Ammonia)를 생산하는 공정을 개발했다고 8월19일 발표했다.
기존 암모니아 제조공정인 하버-보슈법(Haber-Bosch Process)은 질소를 암모니아로 변환해 비료로 만들어 농업 생산성을 획기적으로 높인 기술로 평가받고 있지만, 암모니아를 합성하려면 압력 200기압 이상, 온도 400도 이상의 조건이 필요하고 천연가스 등 화석연료를 사용하기 때문에 이산화탄소를 배출하는 등 문제가 발생한다. 
2020년 발간된 영국왕립학회 보고서는 하버-보슈법으로 암모니아를 생산하기 위해 투입된 에너지가 세계 에너지 사용량의 1.8%를 차지하고 생산과정에서 배출되는 이산화탄소가 세계 배출량의 1.8%에 달하는 것으로 나타났다.
연구팀은 질소와 수소가 결합한 암모니아는 연소해도 이산화탄소를 배출하지 않는다는 점에 착안해 질소 플라스마에 물을 공급해 수소와 질소산화물을 생성한 후 촉매로 암모니아를 만드는 공정을 개발했다.
플라스마 반응으로 만든 질소산화물의 99% 이상은 암모니아로 쉽게 합성할 수 있는 일산화질소 상태가 되며, 일산화질소는 함께 만들어진 수소와 반응해 95% 이상의 높은 선택도로 암모니아를 합성한다. 반응에 필요한 열은 플라스마 분해 과정에서 발생한 열을 이용한다.
탄소를 배출하지 않는 그린 암모니아 제조공정으로, 하버-보슈법의 대안으로 제시된 전기화학적 암모니아 생산법보다 수율이 300-400배 높은 것으로 평가하고 있다.
특히, 고온·고압 조건 없이 상온·상압에서 물과 질소만으로 암모니아를 생산할 수 있고, 모듈형 시스템을 이용해 공정을 대규모화할 수 있는 것으로 판단하고 있다.
이대훈 책임연구원은 “앞으로 규모화와 코스트 절감 연구를 통해 효율을 개선한 후 국내외 엔지니어링기업과 함께 중소 암모니아 플랜트를 개발할 계획”이라고 밝혔다.
연구 결과는 미국 화학회가 발행하는 국제학술지인 ACS Energy Letter 8월5일 자에 실렸다.