45도, 1기압에서 쇠구슬 빠르게 회전시켜 암모니아 생성
기존 하버-보슈법보다 수율이 3배 이상 높은 82.5% 달성

암모니아는 비료, 플라스틱, 의약품 등 화학산업 곳곳에 사용되는 세계 10대 화학물질 중 하나이다. 국내 연구진이 온실가스를 많이 배출하는 기존의 암모니아 제조공정 대신 공해 유발 없이 쇠구슬을 굴리는 것만으로 암모니아를 합성할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다.

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

산업계에서 널리 쓰이는 암모니아를 만들 때 여전히 20세기 초반 만들어진 ‘하버-보슈법’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 쇠 구슬과 촉매인 철가루를 넣고 회전시키면서 질소기체와 수소기체를 차례로 주입하면 빠르게 회전하는 쇠구슬에 부딪혀 활성화된 철가루 표면에서 질소기체가 분해되고 여기에 수소가 붙어 암모니아가 만들어진다는 것을 발견했다.

이번 기술을 활용하면 하버-보슈법과 비교해서 200분의 1 수준의 압력과 10분의 1 수준의 온도 조건만으로도 암모니아 수득률을 25%에서 82.5%까지 높이는데 성공했다. 수득률은 반응물 대비 생성물을 얻는 효율로 수득률이 높을수록 효율적이고 경제적이다.

백종범 교수는 “이번 연구는 100년 가까이 사용되는 암모니아 생산 공정의 단점들을 개선해 고온, 고압 설비 없이 각종 산업현장에서 암모니아를 간단히 생산해 사용할 수 있도록 해 저장, 운송에 쓰이는 비용을 획기적으로 절감할 수 있을 것”이라고 설명했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr