기존 3배 수득률 기록
암모니아를 작은 쇠 구슬을 굴리는 것만으로 합성하는 기술이 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 백종범 교수 연구팀은 작은 쇠구슬들이 부딪히는 물리적인 힘으로 기계화학적 반응을 일으켜 암모니아(NH3)를 합성하는 데 성공했다고 15일 밝혔다.
이는 용기에 쇠 구슬과 철 가루를 넣고 회전시키면서 질소기체(N2)와 수소기체(H2)를 차례로 주입하는 방법이다.
빠르게 회전하는 쇠 구슬에 부딪혀 활성화된 철가루 표면에서 질소기체가 분해되고 여기에 수소가 달라붙어 최종 생성물인 암모니아가 만들어진다.
연구팀은 이 방식을 이용해 저온(45℃)·저압(1 bar) 조건에서 82.5%의 높은 수득률로 암모니아를 생산했다.
수득률은 반응물에서 생성물을 얻는 효율로 수득률이 높을수록 경제적이다.
이 같은 결과는 기존 암모니아 생산 공정인 ‘하버-보슈법’ 대비 200분의 1 수준의 압력과 10분의 1 수준의 온도에서 3배 가량 높은 수득률을 얻은 것이다. 하버-보슈법의 경우 200 bar, 450℃에서 약 25%의 수득률로 암모니아를 얻을 수 있다.
연구팀은 “이 방식의 가장 큰 장점은 복잡하고 큰 설비 없이 필요한 위치에 바로 암모니아를 생산 할 수 있다는 것”이라며 “암모니아 가스를 액화해 운송·저장하는 데 발생하는 비용을 줄일 수 있다”고 말했다. 또 촉매로 쓰이는 철가루도 가격이 매우 저렴하다.
기존의 하버-보슈법과 달리 이산화탄소도 전혀 배출하지 않는다. 인류가 배출하는 전체 이산화탄소 중 약 3%가 하버-보슈법을 이용한 암모니아 생산 과정에서 발생한다고 알려져 있다.
백 교수는 “암모니아 제조 공정은 여전히 100여 년 전에 고안된 하버-보슈법에 머물고 있다”며 “이번 신기술은 암모니아를 고온·고압 설비 없이 각종 산업 현장에서 즉석에 생산 할 수 있어 저장·운송에 쓰이는 비용을 획기적으로 절감 할 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’에 게재됐다.
