미세먼지로 청정수소 저장체 ‘암모니아’ 만든다

UNIST·KAIST 연구진, 미세먼지 원인물질 일산화질소(NO)를 탄소 배출 없이 암모니아로 전환하는 기술 개발

연구팀이 개발한 촉매 시스템을 활용한 질소 순환 모델 개념도 개발된 전기화학적 변환시스템을 이용해 지속 가능한 ‘질소 기반 수소 사이클’을 구축 할 수 있다. 신재생에너지 유래 전기 에너지를 이용해 미세먼지 전구체인 일산화질소(NO)를 유용한 암모니아로 변환시키고 이 암모니아를 비료 생산 및 수소 사회의 그린수소 저장체로서 활용하는 것이다/사진=UNIST

미세먼지의 원인물질인 일산화질소(NO)를 청정수소 저장체인 암모니아(NH3)로 전환하는 기술이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 권영국, 임한권 교수, 카이스트( KAIST) 김형준 교수로 이뤄진 공동연구팀은 미세먼지 전구체인 일산화질소 원료를 상온·상압에서 100% 암모니아로 변환하는 전기화학시스템을 개발했다고 1일 밝혔다. 이 전기화학시스템은 표면에 나노 구조가 형성된 은 촉매 전극에서 100시간 이상 100%에 가까운 일산화질소-암모니아 전환율을 보였다.

기존 전기화학적 변환기술은 일산화질소가 전해질에 잘 녹지 않아 반응속도가 매우 느렸다. 일산화질소끼리 짝을 이뤄 질소기체(N2) 등이 생성되는 부반응 부산물이 많아 활용성이 떨어졌기 때문이다.

연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해 금속이온에 유기물이 꼬리처럼 결합한 물질인 금속착화합물을 전해질 속에 넣어 일산화질소를 흡착하는 역할을 하도록 했다. 이를 통해 일산화질소 용해도가 100배 이상 개선됐고, 부산물도 생성되지 않았다.

용해도, 반응 선택성을 높인 금속착화합물은 철 기반 물질이라 안정성이 높고 재사용 가능하다.

이 기술은 기존 암모니아 생산 공정인 ‘하버보슈공법’이 온실가스인 이산화탄소를 배출하는 단점도 극복했다. 또 앞으로 공정 반응을 유도하기 위한 고온·고압의 복잡한 설비와 비용 부담도 개선할 전망이다.

임 교수는 “잉여 신재생 전기에너지를 활용하면 개발된 시스템이 장기적으로 기존 암모니아 생산 공법과 견줄만한 경제성을 갖출 수 있을 것”이라고 말했다.

권 교수는 “액상 암모니아는 액화수소보다 단위 부피당 더 많은 수소를 저장 할 수 있어 수소 저장·운송에 유리하다”며 “이번 기술 개발이 본격적인 수소 시대 개막을 앞당기는데 기여할 것”이라고 말했다.