대구대, 친환경 암모니아 생산 차세대 전기촉매 개발

[경산=이데일리 홍석천 기자] 대구대 연구진이 친환경 암모니아 생산 효율을 높일 수 있는 차세대 전기촉매를 개발해 세계적 권위의 국제학술지에 연구 성과를 잇달아 발표했다.

대구대는 나노전기화학연구실 심준호 교수 연구팀이 친환경 암모니아 생산을 위한 새로운 전기촉매를 개발해 국제학술지 케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)과 스몰(Small)에 연구 결과를 연이어 게재했다고 14일 밝혔다.

암모니아는 비료 생산의 핵심 원료이자 수소를 저장·운반하는 차세대 에너지 매체로 주목받고 있다. 하지만 기존 생산 방식은 고온·고압 공정이 필요해 에너지 소비가 많고 이산화탄소 배출이 큰 한계가 있었다.

최근에는 상온·상압에서 전기를 이용해 암모니아를 생산하는 친환경 기술 개발이 활발하지만, 질소 분자의 안정적인 구조 때문에 반응 효율이 낮고 수소 발생이 우선 일어나는 경쟁반응이 생산성을 떨어뜨리는 문제로 지적돼 왔다.

연구팀은 질소가 풍부한 탄소 기반 나노소재에 두 종류의 금속 산화물을 결합한 하이브리드 촉매를 개발해 이 같은 한계를 극복했다. 촉매 내부 전자의 이동을 정밀하게 제어하는 계면공학 기술을 적용해 질소의 반응성을 높이고 불필요한 수소 발생은 효과적으로 억제했다.

대구대 화학과 석사 졸업생 이은경씨.(사진=대구대)

새 촉매는 장시간 반응에서도 안정적인 성능과 높은 에너지 효율을 유지했으며, 질소 동위원소 추적 실험을 통해 생성된 암모니아가 실제 질소에서 만들어졌음을 확인했다. 또 전북대 연구팀과 공동으로 수행한 이론 계산을 통해 촉매 내부의 반응 메커니즘도 규명했다.

이번 연구에는 대구대 일반대학원 화학과 석사 졸업생 이은경 씨가 제1저자로, 카니쉬카 학생이 공동연구원으로 참여했다. 학생 연구원이 주도한 연구가 영향력지수(IF) 10이 넘는 세계적 학술지에 연이어 게재되면서 대구대의 기초과학 연구 역량도 입증했다는 평가다.

심준호 대구대 교수는 “친환경 암모니아는 미래 수소경제와 탄소중립 실현을 위한 핵심 에너지원”이라며 “이번 촉매 설계 기술이 친환경 비료 생산은 물론 차세대 에너지 시스템 구축에도 폭넓게 활용되길 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 이공분야 개인기초연구지원사업(중견연구) 지원을 받아 수행됐다.