100여년 만에 암모니아 새 합성법 개발

100여년 만에 암모니아 새 합성법 개발…국내 연구진, '쇠구슬 충격' 활용

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울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발한 암모니아 합성용 쇠구슬의 모습. UNIST 제공

국내 연구진이 지난 100여년 동안 이어져온 구식 암모니아 합성법을 생산비는 줄이고 지구온난화에도 대응할 수 있도록 바꾸는 데 성공했다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 백종범 교수팀은 콩알만한 작은 쇠구슬들이 부딪치는 힘으로 암모니아를 합성하는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 최신호에 게재됐다.

연구진 기술의 핵심은 쇠구슬과 철가루를 스테인리스 재질의 원통형 용기에 넣은 뒤 질소와 수소 기체를 주입하는 것이다. 용기를 빠르게 회전시켜 쇠구슬과 철가루가 서로 부딪히면 철가루 표면에서 질소 기체가 분해되고, 여기에 수소가 달라붙어 암모니아가 생성된다.

새 방법의 가장 큰 장점은 온도 45도와 1기압에서 암모니아를 뽑아낼 수 있다는 것이다. 현재 암모니아를 만들기 위해 널리 쓰는 ‘하버-보슈법’은 이보다 온도는 10배, 압력은 200배를 높여야 한다. 새 생산법은 복잡하고 큰 설비 없이도 필요한 장소에서 쉽고 안전하게 암모니아를 만들 수 있다. 투입하는 반응물 대비 생성물의 비율인 ‘수득률’도 하버-보슈법은 25%에 그치지만 새 방법은 82.5%에 이른다.

특히 연구진은 새 생산법이 온난화의 주범인 이산화탄소를 배출하지 않는다고 설명했다. 인류가 배출하는 이산화탄소 가운에 약 3%가 개발된 지 100년이 넘는 하버-보슈법에서 발생하고 있다. 백종범 교수는 “암모니아를 저장하고 운송하는 데 쓰는 비용도 크게 줄일 수 있을 것”이라고 말했다.이정호 기자 run@kyunghyang.com 2020.12.15