백종범 교수팀, ‘하버-보슈법’보다 조건 간단하고 수율 높은 신기술 개발
국내 연구진이 100년 이상 이어져온 암모니아 생산 기술을 대체할 신기술을 개발했다.
울산과학기술원(UNIST)은 백종범 에너지화학공학과 교수 연구팀이 쇠구슬을 이용한 ‘볼 밀링법’으로 암모니아를 합성하는 데 성공했다고 15일 밝혔다. 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’에 이날 게재됐다.
암모니아는 비료로 쓰여 전세계 농업 생산량을 늘렸고, 플라스틱과 의약품 등의 원료로도 활용되고 있다. 최근에는 차세대 연료 수소를 고밀도로 운반하는 매개체로 각광받고 있다.
현재 암모니아를 만들기 위해서는 100여년 전 발명된 ‘하버-보슈법’을 이용해야 한다. 섭씨 영상 400~500도의 온도와 200기압의 압력 환경 속에서 질소(N)와 수소(H)를 화학반응시켜 암모니아(NH3)를 만드는 방법이다.
연구팀은 섭씨 영상 40~50도의 비교적 낮은 온도와 대기압에서도 암모니아를 만드는 데 성공했다. 우선 용기에 작은 쇠구슬들을 넣고 빠르게 회전시킨다. 쇠구슬 표면에는 미세하게 울퉁불퉁한 철가루들이 묻어있다. 질소와 수소 기체를 뒤이어 용기에 넣으면 기체가 쇠구슬에 달라붙어 기계화학적인 반응을 일으킨다. 질소와 수소가 서로 결합해 암모니아가 된다.
이 방법으로 얻을 수 있는 원료(질소·수소) 대비 암모니아 수율은 82.5%로 측정됐다. 25%인 하버-보슈법보다 높은 수치다.
연구팀은 "쇠구슬을 이루는 철은 값이 싸고 복잡한 공정이 필요없다"며 "하버-보슈법에서 소량 나오는 이산화탄소도 만들지 않는다"고 설명했다.
연구팀은 이 기술을 산업 현장에 적용할 수 있도록 대량 생산공정 개발과 기업으로의 기술이전 등을 추진할 계획이다. 백 교수는 "암모니아를 고온·고압 설비 없이 각종 산업 현장에서 즉석에 생산 할 수 있어 저장·운송에 쓰이는 비용을 획기적으로 절감할 수 있을 것"이라고 말했다.