질소는 환원하고 수소는 억제한다…서울공대 화학생물공학부 정유성 교수팀, 분자 배치로 암모니아 생성 선택성 높여

전기적 질소 및 이산화탄소 환원 기술에 적용 기대

안영만 기자 / 친환경 에너지를 저장하고 운반하는 핵심 물질인 암모니아를 더 효율적으로 만들 수 있는 기술이 개발됐다.

입체 장애 효과에 따른 원자 수준 전기화학 반응 제어 모식도(왼쪽). 입체 장애로 양성자 주개가 전극 표면에 다다르기 어려워 수소 발생 반응은 억제된다. (오른쪽) 질소 환원 반응은 돌출된 질소 분자에 의해 입체 장애 효과가 제한적이다

서울대학교 공과대학 화학생물공학부 정유성 교수 연구팀은 암모니아를 만드는 과정에서 방해가 되는 수소 발생 반응은 억제하고, 암모니아를 만드는 질소 환원 반응은 그대로 유지할 수 있는 새로운 촉매 설계 원리를 개발했다고 밝혔다.

암모니아는 수소를 많이 저장할 수 있고 상온에서 액체 상태를 유지해 운반이 쉽다. 이 때문에 풍력이나 태양광으로 생산한 에너지를 필요한 곳으로 옮길 수 있는 차세대 친환경 에너지 운반체로 주목받고 있다. 그러나 기존의 전통적인 암모니아 합성법(하버-보슈법)은 고온·고압 조건이 필요하고 에너지 소비와 탄소 배출이 많다. 이를 대체하기 위해 물과 질소, 전기에너지만으로 암모니아를 생산하는 전기화학적 질소 환원 반응*이 주목받고 있지만, 암모니아보다 수소가 먼저 생성돼 생산 효율이 크게 떨어지는 한계가 있었다.

질소 환원 반응: 공기 중의 질소를 전기화학적으로 환원시켜 암모니아를 합성하는 기술