상온·상압에서 암모니아 생산 효율을 높이기 위해 개발된 촉매 개념도를 제미나이로 생성한 일러스트. 수소와 질소의 화합물인 암모니아는 연간 1억5000만톤 이상 소비되는 산업·농업 필수 화학물질로, 비료의 핵심 원료로 쓰인다. 최근에는 청정수소 공급망 구축이 중요하게 대두되면서 암모니아는 수소를 안전하고 효율적으로 저장·운반할 수 있는 미래 무탄소 에너지 운반체로 각광받고 있다. 하지만 암모니아 생산은 400도가 넘는 고온과 고압 조건의 '하버-보슈' 공정을 통해 생산되고 있다. 무엇보다 이 과정에서 막대한 에너지 소비와 탄소 배출이 뒤따른다. 이 때 발생하는 이산화탄소가 전 세계 에너지 부문 배출량의 1∼2%를 차지한다. 이런 문제를 해소하기 위해 최근 상온·상압에서 전기를 이용해 암모니아를 생산하는 전기화학적 질소환원 반응이 주목받고 있지만, 암모니아보다 수소가 먼저 만들어져 생산 효율이 낮은 한계를 안고 있다. 국내 연구진이 암모니아 생산효율을 높이는 촉매 기술을 내놨다. 골드몽사이트 촉매의 수소 지연 메커니즘 개념도. KIST 제공. 한국과학기술연구원(KIST)은 정소희 박사 연구팀이 김수연 명지대 교수와 함께 전기화학적 암모니아 생산 과정에서 수소 발생을 늦춰 상온·상압에서 암모니아 생산 수율을 향상시킨 새로운 촉매를 개발했다고 20일 밝혔다. 전기화학 방식으로 암모니아를 만들려면 질소가 촉매 표면에서 수소 원자와 만나야 하는데, 수소끼리 먼저 만나면 암모니아 대신 수소 기체가 만들어진다. 이를 막기 위해 수소가 촉매에 잘 붙지 않도록 했지만 암모니아 생성에 필요한 수소까지 부족해지는 문제가 생긴다. 연구팀은 발상의 전환을 통해 수소를 촉매에 단단히 붙잡아두고, 기체로 빠져 나가기 전에 질소와 반응하도록 하는 '지연된 수소발생 반응'을 제시했다. 이를 기반으로 촉매 표면의 텅스텐과 바나듐을 활용해 수소와 질소가 촉매에 잘 붙잡는 구조의 촉매를 개발했다. 모바일 릴게임 뜻 이 촉매는 상온·상압에서 1㎎ 촉매로 시간당 381.3마이크로그램(㎍) 암모니아를 생산했다. 투입 전기 중 암모니아 생산에 쓰인 비율은 13%로, 순수 촉매 기준으로 국내 최고 수준 생산 효율에 해당한다고 연구팀은 설명했다. 촉매 성능도 우수해 30시간 동안 성능을 안정적으로 유지했고, 촉매 면적을 30배 확대한 조건에서도 기존 성능의 80%를 유지했다. 이 기술을 태양광, 풍력 등 재생에너지와 연계하면 상온·상압에서 암모니아를 생산해 기존 하버-보슈 공정의 에너지 소비와 탄소 배출을 줄이는 그린 암모니아 생산에 활용할 수 있다고 연구팀은 기대했다. 앞으로 대면적 촉매와 연속 생산 기술을 개발해 상용화를 추진할 계획이다. 정 박사는 "암모니아 생산을 방해하던 수소 발생을 단순히 막는 대신 늦춤으로써 상온·상압에서 암모니아 생산에 활용하는 새로운 방법을 제시했다"며 "앞으로 암모니아 연료전지와 선박 등 대형 운송수단의 친환경 무탄소 연료 등으로 활용 범위를 확대할 수 있을 것"이라고 말했다. 연구결과는 국제 학술지 '응용 촉매 B: 환경 및 에너지' 지난달 3일에 게재됐다. 지 부문 배출량의