울산과기원 백종범 교수팀 기술 개발
100여년 만에 암모니아 생산 공정 개선
비료·플라스틱 등 화학산업 활용 기대

암모니아는 요소비료를 만들거나 폭탄 제조에 필요한 질소화합물, 플라스틱, 의약품 등 화학산업 곳곳에 사용되는 세계 10대 화학물질 중 하나다. 최근에는 수소에너지 대량생산은 물론 저장 수단으로 암모니아에 대한 관심이 높아지고 있는 상황이다. 이에 국내 연구진이 온실가스를 많이 배출하는 기존의 암모니아 제조 공정 대신 공해 유발 없이 쇠구슬을 굴리는 것만으로 암모니아를 합성할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 백종범 교수팀은 기존의 화학적 합성법 대신 쇠구슬들이 부딪치는 물리적 힘만으로 암모니아를 합성하는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 이번 연구 결과는 나노과학 분야 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 12월 15일자에 실렸다.

산업계에서 널리 쓰이는 암모니아를 만들 때 여전히 20세기 초반 만들어진 ‘하버보슈법’이 쓰이고 있다. 문제는 400~500도의 고온과 200기압의 고압이라는 까다로운 조건에서 합성되며 이 과정에서 이산화탄소가 많이 발생한다는 점이다.

이에 연구팀은 복잡하고 큰 설비 없이 45도라는 저온과, 대기압과 거의 비슷한 1기압에서 암모니아를 손쉽게 생산할 수 있는 기술을 만들었다.

연구팀은 용기에 쇠구슬과 촉매인 철가루를 넣고 회전시키면서 질소 기체와 수소 기체를 차례로 주입하면 빠르게 회전하는 쇠구슬에 부딪혀 활성화된 철가루 표면에서 질소 기체가 분해되고 여기에 수소가 붙어 암모니아가 만들어진다는 것을 발견했다.

이번 기술을 활용하면 하버보슈법과 비교해 200분의1 수준의 압력과 10분의1 수준의 온도 조건만으로도 암모니아 수득률을 25%에서 82.5%까지 높일 수 있다. 수득률은 반응물 대비 생성물을 얻는 효율로 수득률이 높을수록 효율적이고 경제적이다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr