에너지화학공학과 권영국 교수팀은 KAIST·한국화학연구원과 공동으로 일산화질소를 산업 자원인 암모니아로 변환하는 기술을 개발했다.
일산화질소는 미세먼지, 산성비의 주요 원인으로 차량이나 공장에서 석탄, 석유 같은 연료를 태울 때 발생한다. 디젤차의 선택적촉매환원장치(SCR)도 바로 이 일산화질소를 포함하는 질소산화물을 제거하기 위한 장치다.
연구팀이 개발한 기술은 단순히 일산화질소를 제거하는 것이 아닌, 이를 공업 원료이자 최근 수소 저장·운송 대체 연료로 부상하는 암모니아로 바꾸는 기술이다. 전해조(전극과 전해질로 구성된 시스템)에 일산화질소를 투입하면서 전기를 가해 화학반응을 일으키는 방식이다. 전기화학 반응을 통해 일산화질소가 암모니아로 바뀌는 원리다.
기체 확산 전극과 철 촉매 덕분에 1%~10% 정도의 저농도 일산화질소로도 암모니아를 만들 수 있다는 것이 기술의 가장 큰 장점이다. 공장 굴뚝에서 나온 일산화질소 기체를 바로 쓸 수 있는 가능성을 볼 수 있는 대목이다. 일산화질소 기체는 전해질에 잘 녹지 않는 성질이 있어 배기가스서 일산화질소만 순도 100% 가까이 분리돼야 제대로 된 변환 반응이 가능했다.
개발한 전해조 시스템으로 암모니아 발생 실험을 했을 때 1cm2 단위면적 전극에서 1시간 동안 발생한 암모니아 양이 1,236 μmol 수준을 기록했다. 이는 기존(10 μmol cm-2 h-1)의 100배를 훨씬 넘는다.
이번 연구를 기획한 권 교수는 “단순히 질소산화물을 물과 같은 무해한 물질로 바꿔 제거하는 기술에서 탈피해, 암모니아라는 유용한 자원으로 탈바꿈시키는 ‘업사이클링(upcycling)’ 기술을 선보였다”고 설명했다.
권 교수는 이어 “재생에너지 전력을 활용한 순환 시스템을 구축한다면 공장이나 자동차가 배출하는 배기가스 유해물질도 제거하고 새로운 연료로 주목받는 암모니아도 생산하는 일거양득의 기술이 될 수 있을 것”이라고 기대했다.
이번 연구는 KAIST 한종인 교수팀과 한국화학연구원 환경자원연구센터 김동연 박사가 공동 교신저자로 참여했다. 연구성과는 ACS 에너지 레터스의 속표지 논문으로 선정돼 지난 11일 출판됐다.
