수소 저장·운반체로 주목받는 '암모니아' 생산에는 400도가 넘는 고온과 고압이 필요해 이산화탄소(CO₂) 배출이 불가피하다. 이런 가운데 한국과학기술연구원(KIST·원장 오상록) 연구진이 상온·상압에서 암모니아 생산 효율을 높이는 새로운 촉매를 개발했다. '그린 암모니아' 생산에 새로운 전기를 마련할 전망이다.
KIST는 정소희 극한물성소재연구센터 박사팀이 김수연 명지대 교수팀과 함께 이같은 성과를 거뒀다고 20일 밝혔다.
암모니아를 만들려면 질소(N₂)가 촉매 표면에서 수소(H)와 만나야 하지만, H끼리 먼저 만나면 암모니아 대신 수소 기체(H₂)가 만들어진다. 기존에는 이를 막고자 수소가 촉매에 잘 붙지 않도록 했지만, 암모니아 생성에 필요한 수소까지 부족해지는 문제가 있었다.
연구팀은 발상을 뒤집어 수소를 촉매에 단단히 붙잡아두고, 기체로 빠져나가기 전에 질소와 반응하도록 했다. '지연된 수소 발생 반응' 기술이다.
연구팀은 촉매 표면 텅스텐·바나듐이 서로 협력해 수소·질소를 동시에 잘 붙잡는 구조를 만들었다. 개발 촉매는 상온·상압에서 1시간 동안 촉매 1㎎당 381.3㎍의 암모니아를 생산했다. 투입한 전기 중 암모니아 생산에 사용된 비율은 13.0%를 기록했다. 순수 촉매 기준으로 국내 최고 수준 생산 효율이다. 30시간 동안 성능도 안정적으로 유지됐으며, 촉매 면적을 30배 확대한 조건에서도 기존 성능의 약 80%를 유지해 면적 확대 가능성도 확인했다.
정소희 KIST 선임연구원은 “암모니아 생산을 방해하던 수소 발생을 막는 대신 늦춤으로써 상온·상압에서 암모니아 생산에 활용하는 새로운 방법을 제시했다”며, “앞으로 대면적 촉매와 연속 생산 기술을 개발해 상용화 가능성을 높이겠다”고 밝혔다.
연구 결과는 국제학술지 'Applied Catalysis B: Environment and Energy' 최신호에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
