대구대 연구팀, 차세대 친환경 암모니아 생산 효율 혁신
심준호 교수 “탄소중립·수소경제 전환 핵심 기반 기술로 확장 연구 지속”
대구대학교(총장 박순진) 화학교육과 심준호 교수 연구팀이 차세대 친환경 암모니아(NH3) 생산 기술의 효율을 획기적으로 향상시키는 핵심 성과를 거두며, 전 세계적인 탈탄소 및 수소경제 전환 움직임에 중요한 기술적 이정표를 제시했다. 연구 결과는 권위 있는 국제 학술지인 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry) 발행 'Journal of Materials Chemistry A'에 게재돼 학계의 주목을 받고 있다.
암모니아는 액체 수소보다 경제적이며 연소 시 이산화탄소(CO₂)를 배출하지 않는 장점 덕분에 미래 수소 경제의 핵심 에너지 운반체로 급부상하고 있다. 또한, 수소를 다량 저장하고 기존의 저장·운송 인프라를 그대로 활용할 수 있어 그 중요성이 날로 커지고 있다.
그러나 현재 전 세계 암모니아 생산의 대부분을 차지하는 하버-보슈 공정은 고온·고압 조건이 필수적이어서 막대한 에너지를 소모할 뿐만 아니라, 전 세계 CO₂ 배출량의 1~2%를 차지하는 심각한 환경 문제를 유발한다.
이러한 문제를 해결할 대안으로 상온·상압에서 재생에너지를 활용해 암모니아를 합성하는 전기화학적 질소 환원 반응(eNRR) 기술이 유력하게 검토돼 왔다. 하지만 이 기술은 암모니아 외에 불필요한 수소까지 함께 생성되는 반응(HER)으로 인해 효율이 크게 떨어진다는 한계에 직면해 있었다.
이번 심준호 교수팀의 연구는 이 난제를 돌파했다. 연구팀은 촉매 표면의 친수성(물을 좋아하는 성질)과 소수성(물을 밀어내는 성질)을 정밀하게 조절하는 방식으로 질소 전달 효율을 높이고 동시에 불필요한 수소 생성을 효과적으로 억제하는 데 성공했다. 이를 통해 암모니아 생산 효율을 대폭 끌어올릴 수 있음을 과학적으로 입증했다.
이번 연구는 심준호 교수 연구팀 소속 박사후과정 연구원 닐람 쿠레시(Nilam Qureshi) 박사와 독일 루르 보훔대학교(Ruhr University Bochum)의 크리슈넌 라비(Krishnan Ravi) 박사가 공동 제1저자로 참여한 국제 공동 연구의 결실이다. 연구는 과학기술정보통신부가 지원하고 한국연구재단이 수행하는 이공분야 개인기초연구지원사업(중견연구)의 지원을 받아 수행됐다.
심준호 교수는 이번 성과에 대해 "향후 암모니아 기반 발전 및 연료전지 시스템, 대규모 수소 저장·운반 체계 구축, 그리고 친환경 화학산업(그린케미스트리)으로의 전환에 필요한 촉매 재료 개발에 중요한 기술적 토대를 마련했다는 의미가 크다"고 강조했다.
심 교수는 또 "앞으로도 국제 공동연구를 통해 고효율 촉매 설계 및 실증 연구를 지속적으로 확장해 미래 에너지 기술 발전에 기여할 것"이라고 포부를 밝혔다.