화학뉴스

국내 연구진이 저온·저압에서 높은 효율로 암모니아(Ammonia)를 생산하는 방법을 개발했다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 백종범 교수 연구팀은 칼륨 반응 촉진제를 활용한 기계화학적 암모니아 수율 향상법을 개발했다.
암모니아는 질소와 수소가 화학반응으로 합성되는 물질로 비료나 화학산업에서 광범위하게 사용되며, 특히 액화수소보다 단위 부피당 수소 저장밀도가 1.7배 높기 때문에 많은 양의 수소를 저장할 수 있다는 점에서 수소 운송체(캐리어)로 사용되고 있다.
암모니아를 합성하기 위해서는 3중으로 구성된 질소의 기체 결합을 끊어야 하며 1900년대 초부터 고온·고압 조건에서 촉매를 이용해 질소와 수소를 반응시키는 하버-보쉬법으로 대량 생산해왔다.
하버-보쉬법에서 철 촉매의 활성을 촉진하는 산화칼륨은 고온에서 칼륨을 안정화하는 역할을 하나 산소를 포함하고 있어 질소의 결합을 끊는 것을 방해함으로써 철 촉매의 성능을 낮추는 문제점이 있다.
연구팀은 과제를 개선하기 위해 기계화학적 방법을 활용해 저온·저압에서 암모니아를 합성하는 방법을 고안한 것으로 알려졌다.
산화칼륨 대신 산소가 없는 칼륨을 직접 반응 촉진제로 사용해 질소의 결합을 효과적으로 끊었으며 산화칼륨과 비교해 약 30% 높은 촉매 성능을 달성했고 철 촉매만 사용했을 때 82.5%였던 암모니아 수율이 94.5%로 향상된 것을 확인했다.
아울러 철 촉매만 사용했을 때 350rpm이었던 밀링 속도(볼 밀링 공정의 회전 속도)보다 3.5배 낮은 100rpm에서 암모니아를 합성하는 것도 가능했다.
백종범 교수는 “국소 지역에서도 암모니아를 생산할 수 있는 암모니아의 탈중앙화를 가능하게 할 방법”이라고 강조했다.
연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 4월22일자에 게재됐다. (K)