이산화탄소 배출 없이 암모니아를 합성하는 새로운 합성촉매 개발
- DGIST 에너지공학전공 샨무감 교수팀, 질소로부터 암모니아 합성이 가능한 합성촉매 개발
- 기존 합성법과 달리 합성 시 이산화탄소 배출하지 않는 친환경성까지 갖춰...향후 관련 산업계에 긍정적 영향 줄 것

□ DGIST(총장 국양) 에너지공학전공 상가라쥬 샨무감(Sangaraju Shanmugam) 교수 연구팀은 공기 중 떠다니는 질소를 활용해 암모니아를 합성하는 새로운 개념의 암모니아 합성촉매를 개발했다. 기존의 암모니아 합성법과 거의 동일한 합성효율을 보여줄 뿐만 아니라 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경적인 특성까지 지녀, 향후 관련 산업계에 긍정적인 영향을 줄 것으로 기대된다.

□ 암모니아는 비료나 수소운반체 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 된다.
 등 다양한 분야에 활용되는 귀한 화학 원재료 중 하나다. 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 지목돼왔다.

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

□ 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 말했다.

□ 한편, 이번 연구는 교육부와 한국연구재단의 BK21 플러스(Brain Korea 21 Program for Leading Universities & Students) 사업을 통해 이루어졌다. 또한, 연구결과는 에너지 및 환경 분야에서 국제적 저널인‘Applied Catalysis B: Environmental’ 온라인판에 2월 20일(토) 게재됐다.