대기오염 물질 일산화질소에서 암모니아 뽑아낸다

카이스트·유니스트·화학연 공동연구팀 신기술
싼 촉매에 상온·상압으로 최고 생산속도 달성

미국화학회(ACS)가 발간하는 ‘ACS 에너지 회보’ 속표지. 카이스트 제공

화력발전소나 산업시설 등에서 배출되는 배기가스 안의 주요 대기오염 물질인 일산화질소(NO)에서 암모니아를 생산하는 기술이 개발됐다. 대기중 초미세먼지 유발체인 일산화질소를 제거하는 동시에 수소 저장체로 주목받는 암모니아를 생산할 수 있는 기술이어서 주목된다.

한국과학기술원(카이스트)은 23일 “울산과학기술원(유니스트), 한국화학연구원(화학연)과 함께 일산화질소로부터 암모니아를 생산하는 고효율 전기화학 시스템을 개발했다. 비싼 귀금속 촉매 대신 값싼 철 촉매를 이용해 상온 및 상압 조건에서 세계 최고 수준의 전기화학적 암모니아 생산속도를 기록했다”고 밝혔다. 연구 성과는 국제학술지 <미국화학회(ACS) 에너지 회보>에 속표지 논문으로 실렸다.

일산화질소는 발전소, 산업용 보일러, 제철소 등 연소시설에서 배출되는 질소산화물(NOx)의 95% 이상을 차지하는 유해가스다. 호흡기 질환을 일으킬 뿐만 아니라 산성비와 대기중 오존을 생성해 배출량이 엄격히 규제되고 있다. 현재 대부분의 처리 기술은 일산화질소의 단순 제거에만 초점이 맞춰져 있다.

한종인 카이스트 건설및환경공학과 교수와 권영국 유니스트 에너지화학공학과 교수, 김동연 화학연 환경자원연구센터 박사후연구원이 참여한 연구팀은 물에 잘 녹지 않는 일산화질소의 한계를 극복하기 위해 기존의 철-킬레이트를 포함한 일산화질소 흡수제를 사용하는 방식 대신 기체를 직접 전극에 주입하는 기체 확산 전극을 사용해 물질전달 속도를 획기적으로 늘렸다. 공정에 소모되는 화학약품 비용을 줄이는 한편 전기화학 셀 운전 때 발생하는 폐수 처리를 간편화했다.

이를 통해 전기화학적 암모니아 생산 성능을 결정하는 중요한 지표인 암모니아 생산속도가 기존의 질소 기체를 활용한 전기화학적 암모니아 생산속도보다 100배 이상 빠르게 했다.

또한 기존의 암모니아 생산 공정인 하버-보쉬법이 400도, 200기압 이상의 고에너지 조건을 요구하는 데 반해, 이번에 개발한 전기화학 시스템은 상온 및 상압 조건에서 암모니아 생산이 가능해 공정 설비와 비용 부담을 크게 줄일 수 있다고 연구팀은 밝혔다.

이근영 기자 [e-mail]