김정규 성균관대 교수 연구팀, 암모니아 생산 촉매 소재 개발

김정규 성균관대 화학공학과 교수(왼쪽부터), 김준영 박사후연구원, 홍원태 석박사통합과정생. /성균관대

김정규 성균관대학교 화학공학과 교수 연구팀이 질소계 자원인 질산염을 친환경 저장체로 사용할 수 있는 암모니아 생산 촉매 소재를 개발했다.

7일 성균관대에 따르면 연구팀은 질소계 자원인 질산염을 수소 저장체로 사용될 수 있는 암모니아로 전환하는 새로운 전기화학 촉매 소재를 개발했다. 이번 소재는 기존 암모니아 생산 방식의 문제점을 해결하기 위한 혁신적 기술로 평가받고 있다.

암모니아는 비료, 의약, 화학 산업 등에서 중요한 자원이며, 수소를 저장할 수 있는 무탄소 에너지 저장체로도 주목받고 있다. 하지만 현재의 암모니아 생산은 전통적인 ‘하버-보슈 공정’을 통해 이뤄지며, 이는 에너지 소비가 크고 온실가스를 많이 배출한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 전기화학적 암모니아 생산 방법이 필요성이 제기돼왔다.

전기화학적 질산염 환원을 암모니아 전환 메커니즘 모식도와 성능. /성균관대

연구팀은 비스무트(Bi)를 사용한 새로운 도핑 기술을 개발했다. 제일산화구리 표면에 비스무트를 도핑해 수소 생성 반응을 억제하고, 암모니아 생산 효율을 크게 높이는 촉매를 만들었다. 그 결과 99.2%의 높은 질산염-암모니아 전환 효율을 달성했고, 촉매의 안정성도 확보했다.

김 교수는 “이번 연구는 폐수로부터 친환경 연료(e-Fuel)를 생산할 수 있는 촉매 기술을 제시했다”며 “이 기술은 수소 에너지 및 이산화탄소 환원을 통한 연료 생산에도 적용할 수 있는 가능성을 가지고 있다”고 설명했다.

한편 이번 연구 결과는 소재 분야 최고 권위의 국제학술지 Materials Today에 지난 7월 1일에 게재됐다.