암모니아를 작은 쇠 구슬을 굴려 합성하는 신기술이 나왔다.
울산과학기술원(UNIST·총장 이용훈)은 백종범 에너지화학공학과 교수팀이 작은 쇠구슬들이 부딪히는 물리적 힘을 기계화학적 반응으로 바꿔 암모니아를 생산하는데 성공했다고 14일 밝혔다.
백 교수팀은 쇠 구슬과 철가루를 용기에 넣고 회전시키면서 질소와 수소를 차례로 주입했다. 빠르게 회전하는 쇠 구슬에 부딪혀 활성화된 철가루 표면에서 질소기체가 분해되고 여기에 수소가 달라붙어 암모니아가 만들어졌다.
백 교수팀은 이 방식을 이용해 저온·저압 조건(45℃, 1바)에서 82.5% 수득률로 암모니아를 생산했다. 기존 암모니아 생산 공정인 하버-보슈법 대비 200분의1 정도의 압력과 10분의1 수준의 온도에서 3배 가량 높은 수득률이다. 수득률은 반응물에서 생성물을 얻는 효율로, 높을수록 경제적이다.
이 방식은 복잡하고 큰 설비 없이 필요한 장소에서 바로 암모니아를 생산 할 수 있다. 암모니아 액화와 운송, 저장 비용을 줄일 수 있다. 기존의 하버-보슈법과 달리 이산화탄소를 배출하지 않는다는 것도 장점이다.
산업 현장에서 두루 쓰이는 암모니아는 보통 400℃~500℃ 고온과 수심 약 2000m 깊이에서 느끼는 고압 환경에서 합성할 수 있다. 비료, 폭발물, 플라스틱, 의약 등 각종 제조업에 필요한 세계 10대 화학 물질 가운데 하나다. 현재 전 세계에서 매년 약 1억4000만 톤의 암모니아를 생산한다. 최근에는 수소 연료의 저장체로도 주목을 받고 있어 수요는 계속 늘어날 전망이다.
백종범 교수는 “100여년 된 암모니아 생산 공정의 각종 단점을 넘어설 수 있는, 새롭고 간단한 암모니아 생산 방식으로 암모니아 생산에서 사용까지 전체 비용을 획기적으로 절감할 수 있을 것”이라 말했다.
이 연구결과는 네이처 나노테크로로지 14일자(현지시각)에 실렸다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
