■ 햇빛. 폐수로 그린 암모니아 만드는 기술 개발

 

■ 햇빛. 폐수로 그린 암모니아 만드는 기술 개발

 

● 이산화탄소 배출 없이 암모니아 합성, 수소 운반 저장체로 급부상

 

울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이재성 교수 연구팀이 햇빛과 폐수를 이용해 이산화탄소 배출 없이 암모니아를 생산하는 기술을 개발했다고 2022년 04월 14일 밝혔다. UNIST에 따르면, 연구팀은 햇빛을 이용해 폐수 속 질산염에서 암모니아를 얻는 광촉매 기술 개발에 성공했다. 광촉매가 햇빛을 받아 만든 광전자로 질산염을 환원시켜 암모니아가 합성되는 방식이다.

 

비료 등의 원료로 알려진 암모니아는 최근 수소 운반 저장체로 급부상하고 있다. 수소를 암모니아로 바꾸면 수소를 액화하는 것보다 약 1.7배 많이 저장할 수 있고, 기존 암모니아 액화 설비와 운송 수단을 그대로 쓸 수 있어 경제적이기 때문이다. 그러나, 암모니아 생산시 발생하는 다량의 이산화탄소는 전 세계 배출량의 약 1.8%를 차지할 만큼 많다. 대안으로 질소를 물에 녹여 전기 분해 방법으로 그린 암모니아를 생산하는 기술이 주목받고 있지만, 질소가 물에 잘 녹지 않는 데다 여전히 화석 연료로 생산한 전기를 써야만 한다. 이에 연구팀은 물에 잘 녹는 질산염의 특성을 활용했다. 또한, 전기 대신 자체 개발한 광촉매를 사용했다.

 

연구팀은 실험에서 광촉매를 활용하여 아주 낮은 전압에서도 95.6%라는 높은 선택도로 질산염을 환원시켜 암모니아를 만들었다. 낮은 반응 선택도는 광전자가 질산염 환원 반응에만 효율적으로 쓰였다는 의미이다. 실리콘 나노 와이어가 고르게 정렬된 광촉매의 구조 특성과 나노 와이어 표면에 잘 부착된 미량의 금 입자 성분 덕분에 높은 효율을 얻었다고 연구팀은 설명했다.

 

연구팀 관계자는 "암모니아 생산 과정에서 나오는 이산화탄소도 잡고, 폐수 속 질산염도 처리할 수 있는 기술이다. 광촉매 효율과 안정성을 보완한다면, 가장 풍부한 재생 에너지인 태양광을 직접 활용하는 이상적인 그린 기술이 될 것이다" 라고 말했다. 연구는 중국 사천대 허민 장(Hemin Zhang) 교수, 한양대 장윤정 교수와의 협력을 통해 이뤄졌다. 연구 결과는 독일의 와일리(Wiley)사에서 발행하는 학술지 '앙게반테 케미 국제판'(Angewandte Chemie International Edition)에 2022년 04월 05일 온라인 공개됐다. 연구 수행은 과학기술 정보통신부가 추진하는 기후 변화 대응 사업의 지원을 받았다.