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"탄소 배출 제로" 기계연, 그린 암모니아 생산 공정 개발

송고시간2021-08-19 10:07

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한국기계연구원은 이대훈 책임연구원 연구팀이 재생에너지를 이용해 상온에서 암모니아를 생산하는 공정을 개발했다고 19일 밝혔다.

기존 암모니아 생산 공정인 하버-보슈법(Haber-Bosch process)은 질소를 암모니아로 변환해 비료로 만들어 농업 생산성을 획기적으로 높인 기술로 평가받는다.

지난해 발간된 영국왕립학회 보고서를 보면 하버-보슈법으로 암모니아를 생산하는 데 세계 에너지의 1.8%를 사용하며, 이 과정에서 배출되는 이산화탄소는 전 세계 배출량의 1.8%에 달하는 것으로 나타났다.

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화석연료 대신 재생에너지 이용…중소 규모 암모니아 플랜트 개발 추진

암모니아 생산 모식도
암모니아 생산 모식도

[한국기계연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 한국기계연구원은 이대훈 책임연구원 연구팀이 재생에너지를 이용해 상온에서 암모니아를 생산하는 공정을 개발했다고 19일 밝혔다.

기존 암모니아 생산 공정인 하버-보슈법(Haber-Bosch process)은 질소를 암모니아로 변환해 비료로 만들어 농업 생산성을 획기적으로 높인 기술로 평가받는다.

하지만 이 방법으로 암모니아를 합성하려면 압력 200기압 이상, 온도 400도 이상의 조건이 필요하고 천연가스 등 화석연료를 사용하기 때문에 이산화탄소를 배출하는 등 문제가 있다.

지난해 발간된 영국왕립학회 보고서를 보면 하버-보슈법으로 암모니아를 생산하는 데 세계 에너지의 1.8%를 사용하며, 이 과정에서 배출되는 이산화탄소는 전 세계 배출량의 1.8%에 달하는 것으로 나타났다.

질소와 수소가 결합한 암모니아는 연소해도 이산화탄소를 배출하지 않아 친환경 연료로 주목받고 있다.

연구팀은 질소 플라스마에 물을 공급해 수소와 질소산화물을 생산한 뒤 이를 촉매로 암모니아를 만드는 공정을 개발했다.

그린 암모니아 생산 공정 개발한 연구팀
그린 암모니아 생산 공정 개발한 연구팀

[한국기계연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

이 플라스마 반응으로 만든 질소산화물의 99% 이상은 암모니아로 쉽게 합성할 수 있는 일산화질소 상태가 된다.

일산화질소는 함께 만들어진 수소와 반응해 95% 이상의 높은 선택도로 암모니아를 합성하는데, 반응에 필요한 열은 플라스마 분해 과정에서 발생한 열을 이용한다.

탄소를 배출하지 않는 그린 암모니아 생산공정으로, 하버-보슈법의 대안으로 제시된 전기화학적 암모니아 생산법보다 수율이 300∼400배 높다.

특히 고온·고압 조건 없이 상온·상압에서 물과 질소만으로 암모니아를 생산할 수 있고, 모듈형 시스템을 이용해 공정을 대규모로 키울 수 있다고 연구팀은 설명했다.

이대훈 책임연구원은 "앞으로 규모 확대와 비용 절감 연구를 통해 효율을 개선, 국내외 엔지니어링 업체와 함께 중소 규모의 암모니아 플랜트를 개발할 계획"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '미국화학회 에너지 레터스'(ACS Energy Letters) 지난 5일 자에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr

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