상온·상압 제조 세계 첫 사례…석유대체 연료로도 기대
(서울=연합뉴스) 이해영 기자 = 의약품과 비료 등의 원료로 쓰이는 암모니아를 물과 질소를 이용해 효율적으로 만드는 방법이 개발됐다.
이 연구성과는 암모니아 제조비용 절감은 물론 지구온난화 물질인 이산화탄소(CO₂) 배출을 획기적으로 줄이는데 기여할 것으로 기대되고 있다.
암모니아는 의약품과 비료, 화학섬유 등의 원료로 널리 쓰이며 세계적으로 연간 2억t 정도가 생산되고 있다. 장차 연료전지의 연료인 수소를 추출해 석유대체 연료가 될 가능성도 있는 것으로 기대되고 있다.
암모니아는 현재 수소가스와 질소가스를 원료로 고온(40~650도), 고압(200~400기압)에서 합성하는 '하버·보쉬공법(Haber-Bosch process)'으로 대량 생산되고 있다. 천연가스 등을 원료로 수소가스를 만드는 과정에서 에너지를 대량 소비해 이산화탄소를 배출한다. 이 때문에 각국이 환경부하가 적은 고효율 제조법 개발 경쟁을 벌이고 있다.
도쿄대학 니시바야시 요시아키(西林仁昭) 교수팀은 물과 질소를 원료로 25도 정도의 상온에서 압력을 높이지 않고 암모니아를 합성하는 데 성공했다는 논문을 25일자 영국 과학지 네이처에 발표했다고 아사히, NHK 등 일본 언론이 전했다.
상온, 대기압에서 암모니아 합성에 성공하기는 세계에서 처음인 것으로 알려졌다.
연구팀은 몰리브덴을 함유한 촉매와 유기합성 시약으로 쓰이는 희토류 요오드화사마륨 용액을 이용하는 방법을 고안했다. 연구팀은 콩과식물에 기생하는 뿌리혹 세균(根粒菌)이 공기 중 질소로부터 암모니아를 만들어 내는 사실에 주목했다. 이 균이 가진 효소와 비슷한 작용을 하는 촉매를 개발, 용액과 질소를 넣은 용기에 물을 넣고 섞자 대량의 암모니아가 발생했다.
자세한 메커니즘은 확인되지 않았으나 수소가스를 만드는 과정이 없어 이산화탄소 배출이 적었다. 니시바야시 교수는 "10년 후를 목표로 실용화할 수 있으면 좋겠다"고 말했다.
실용화하려면 암모니아를 효율적으로 계속 생산할 수 있어야 한다. 그러기 위해서는 ㎏당 2천 엔(약 2만 원)인 희토류 사마륨 화합물을 재이용해야 하는데 어떻게 에너지를 사용하지 않고 재이용하느냐가 과제라고 한다. 연구팀은 재생에너지 전력을 이용하면 가능할 것으로 보고 있다.
연구팀은 이번 연구성과가 가정에서 물로 암모니아를 만들어 발전 등에 이용하는 소규모 장치 개발 등에도 도움이 될 것으로 기대하고 있다. 수소를 연료로 이용하는 시대가 되면 운반이 어려운 수소를 암모니아 형태로 수송하는 것도 염두에 두고 있다.
다른 방식으로 암모니아 합성의 실용화를 연구하고 있는 호소노 히데오(細野秀雄) 도쿄공대 명예교수는 "물을 그대로 수소원료로 사용했다는 점에서 에너지 절약 측면에서도 큰 진전"이라고 평가했다. 다만 요오드화사마륨을 재이용하려면 대량의 에너지가 필요하기 때문에 이 문제가 "실용화의 큰 과제가 될 것"이라고 지적했다.
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