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의료 미세먼지로 탄소배출 없이 암모니아 만드는 기술 개발
메디컬투데이 박수현 기자
입력일 : 2020-12-01 12:52:35
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금속착화합물 첨가제가 반응속도 및 반응 선택성 개선
▲연구팀이 개발한 촉매 시스템을 활용한 질소 순환 모델 개념도 (사진=UNIST 제공)

[메디컬투데이 박수현 기자]

미세먼지 원인물질인 일산화질소(NO)를 탄소배출 없이 100% 순수한 암모니아(NH3)로 전환시키는 기술이 나왔다. 이렇게 만들어진 암모니아는 최근 각광받고 있는 청정수소 저장체로 활용할 수 있어서 탄소중립시대를 앞당길 1석 2조 기술로 기대를 모으고 있다.

UNIST 에너지화학공학과의 권영국 교수팀은 임한권 교수팀, KAIST 김형준 교수팀과 미세먼지 전구체인 일산화질소 원료를 상온·상압에서 100% 암모니아로 변환시키는 전기화학시스템을 개발했다고 1일 밝혔다.

금속착화합물을 투입해 전해질속에서 일산화질소를 흡착하는 역할을 함으로써 일산화질소 용해도가 100배 이상 개선되고 부산물도 생성되지 않았다.

기존의 전기화학적 변환기술은 일산화질소가 전해질에 잘 녹지 않아 반응속도가 매우 느렸고, 일산화질소끼리 짝을 이뤄(N-N Coupling) 질소기체(N2) 등이 생성되는 부반응 부산물이 많아 활용성이 떨어졌다.

이번 기술은 기존의 암모니아 생산 공정(하버 보슈 공법)이 온실가스인 이산화탄소를 배출하는 단점도 극복했다. 또 공정 반응을 유도하기 위한 고온·고압의 복잡한 설비와 비용 부담도 크게 개선할 수 있을 전망이다.

연구를 주도한 권영국 교수는 “액상 암모니아는 액화수소보다 단위 부피당 더 많은 수소를 저장 할 수 있어 수소 저장과 운송에 유리하다”며 “이번 기술 개발이 본격적인 수소 시대 개막을 앞당기는데 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

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이번에 개발된 전기화학 시스템은 표면에 나노 구조가 형성된 은 촉매 전극에서 100시간 이상 100%에 가까운 일산화질소-암모니아 전환율을 보였다. 뿐만 아니라 용해도와 반응선택성을 높이는 금속착화합물도 철 기반 물질이라 안정성이 매우 높고 재사용이 가능하다.

예비경제성타당성 검사를 수행한 임한권 교수는 “잉여 신재생 전기에너지를 활용하면 개발된 시스템이 장기적으로 기존 암모니아 생산 공법과 견줄만한 경제성을 갖출 수 있을 것”이라고 설명했다.

권 교수는 “미세먼지 계절관리제 시행과 질소산화물 환경부담금으로 배출원의 경제적 부담이 가중되고 있다”며 “미세먼지 원인을 제거하는 동시에 그린수소 저장체인 암모니아를 생산하는 기술로 경제적 부담을 완화시킬 수 있을 것”이라고 기대했다.

이번 연구는 재료공학·전기화학 분야의 세계적 권위지인 ‘ACS Energy Letters’ 속표지논문으로 선정돼 지난달 13일에 출판됐다. 연구 수행은 한국연구재단, UNIST, 울산시 등의 지원으로 이뤄졌다.  
메디컬투데이 박수현 기자(psh5578@mdtoday.co.kr)
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