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UNIST, 햇빛·폐수로 그린 암모니아 만드는 기술 개발

송고시간2022-04-14 15:17

이산화탄소 배출 없이 암모니아 합성…'앙게반테 케미' 게재

연구팀이 개발한 광촉매 시스템에 인공 태양광을 비추는 모습. 광촉매가 태양광을 받아 수용액 속 질산염이 암모니아로 바뀌는 화학반응이 일어난다. [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀이 개발한 광촉매 시스템에 인공 태양광을 비추는 모습. 광촉매가 태양광을 받아 수용액 속 질산염이 암모니아로 바뀌는 화학반응이 일어난다. [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이재성 교수 연구팀이 햇빛과 폐수를 이용해 이산화탄소 배출 없이 암모니아를 생산하는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

UNIST에 따르면 연구팀은 햇빛을 이용해 폐수 속 질산염에서 암모니아를 얻는 광촉매 기술 개발에 성공했다.

광촉매가 햇빛을 받아 만든 광전자로 질산염을 환원시켜 암모니아가 합성되는 방식이다.

비료 등의 원료로 알려진 암모니아는 최근 수소 운반저장체로 급부상하고 있다.

수소를 암모니아로 바꾸면 수소를 액화하는 것보다 약 1.7배 많이 저장할 수 있고, 기존 암모니아 액화 설비와 운송 수단을 그대로 쓸 수 있어 경제적이기 때문이다.

그러나 암모니아 생산 시 발생하는 다량의 이산화탄소는 전 세계 배출량의 약 1.8%를 차지할 만큼 많다.

연구팀이 개발한 광촉매 전극과 암모니아 생산 반응 모식도. [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀이 개발한 광촉매 전극과 암모니아 생산 반응 모식도. [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

대안으로 질소를 물에 녹여 전기분해 방법으로 그린 암모니아를 생산하는 기술이 주목받고 있지만, 질소가 물에 잘 녹지 않는 데다 여전히 화석연료로 생산한 전기를 써야만 한다.

이에 연구팀은 물에 잘 녹는 질산염의 특성을 활용했다.

또 전기 대신 자체 개발한 광촉매를 사용했다.

연구팀은 실험에서 광촉매를 활용해 아주 낮은 전압에서도 95.6%라는 높은 선택도로 질산염을 환원시켜 암모니아를 만들었다.

높은 반응 선택도는 광전자가 질산염 환원 반응에만 효율적으로 쓰였다는 의미다.

실리콘 나노와이어가 고르게 정렬된 광촉매의 구조 특성과 나노와이어 표면에 잘 부착된 미량의 금 입자 성분 덕분에 높은 효율을 얻었다고 연구팀은 설명했다.

UNIST 이재성 교수 연구팀
UNIST 이재성 교수 연구팀

[울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀 관계자는 "암모니아 생산 과정에서 나오는 이산화탄소도 잡고, 폐수 속 질산염도 처리할 수 있는 기술"이라며 "광촉매 효율과 안정성을 보완한다면 가장 풍부한 재생에너지인 태양광을 직접 활용하는 이상적인 그린 기술이 될 것"이라고 말했다.

연구는 중국 사천대 허민 장(Hemin Zhang) 교수, 한양대 장윤정 교수와의 협력을 통해 이뤄졌다.

연구 결과는 독일의 와일리(Wiley)사에서 발행하는 학술지 '앙게반테 케미 국제판'(Angewandte Chemie International Edition)에 5일 자로 온라인 공개됐다.

연구 수행은 과학기술정보통신부가 추진하는 기후변화대응 사업의 지원을 받았다.

yongtae@yna.co.kr

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