UNIST "저온·저압에서 높은 효율로 암모니아 합성"

기존보다 30% 높은 촉매 성능 달성…암모니아 수율도 향상

울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 백종범 교수 연구팀이 저온·저압에서 높은 효율로 암모니아를 생산하는 방법을 개발했다고 27일 밝혔다.

UNIST에 따르면 연구팀은 칼륨 반응 촉진제를 활용한 기계화학적 암모니아 수율 향상법을 개발했다.

암모니아는 질소와 수소가 화학 반응으로 합성되는 물질로, 비료나 화학 산업에서 광범위하게 사용된다.

특히 액화수소보다 단위 부피당 수소 저장 밀도가 1.7배 높아 많은 양의 수소를 저장할 수 있어 수소 운송체로도 쓰이고 있다.

암모니아를 합성하기 위해서는 삼중으로 구성된 질소의 기체 결합을 끊어야 하는데, 1900년대 초부터 고온·고압 조건에서 촉매를 이용해 질소와 수소를 반응시키는 하버-보쉬법으로 암모니아를 대량 생산해 왔다.

하버-보쉬법에서 철 촉매의 활성을 촉진하는 산화칼륨은 고온에서 칼륨을 안정화하는 역할을 한다.

그러나 산화칼륨은 산소를 포함하고 있어 질소의 결합을 끊는 것을 방해해 철 촉매의 성능을 낮추는 문제점이 있다.

연구팀은 이를 개선하고자 기계화학적 방법을 활용해 저온·저압에서 암모니아를 합성하는 방법을 고안했다.

산화칼륨 대신 산소가 없는 칼륨을 직접 반응 촉진제로 사용해 질소의 결합을 효과적으로 끊었다.

연구팀은 이 방법으로 산화칼륨과 비교해 약 30% 높은 촉매 성능을 달성했고, 철 촉매만 사용했을 때 82.5%였던 암모니아 수율이 94.5%로 향상됐다.

또 철 촉매만 사용했을 때 350rpm이었던 밀링 속도(볼 밀링 공정의 회전 속도)보다 3.5배 낮은 100rpm에서 암모니아를 합성하는 것도 가능했다고 연구팀은 설명했다.

백종범 교수는 "이 방법이 국소 지역에서도 암모니아를 생산할 수 있는 암모니아의 탈중앙화를 가능하게 할 것"이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications)에 지난 22일 게재됐다.

/연합뉴스