최근 수소 운반저장체로 주목받고 있는 암모니아를 생산하면서 이산화탄소 배출은 없애고 폐수 속 질산염도 처리 할 수 있는 기술이 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST) 이재성 에너지화학공학과 교수팀이 허민 장 중국 사천대학 교수, 장윤정 한양대 교수와 협력해 전기 대신 자체 개발한 광촉매를 사용해 폐수 속 질산염에서 암모니아를 추출하는데 성공했다.
수소는 암모니아로 바꾸어 저장하면 그냥 액화할 때보다 약 1.7배의 양을 늘릴 수 있으며 기존 암모니아 액화 설비·운송 수단을 그대로 사용할 수 있어 훨씬 경제적이다.
다만 현재 통용되는 암모니아 생산 기술은 전 세계 배출량의 약 1.8%를 차지할 정도로 이산화탄소를 많이 방출한다.
질소를 물에 녹인 뒤 전기분해로 그린 암모니아를 생산하는 친환경적인 방법도 있지만 질소가 물에 잘 녹지 않는 데다 마찬가지로 이산화탄소를 방출하는 화석연료 생산 전기를 써야 하는 문제점을 안고 있다.
연구팀은 이를 감안해 물에 잘 녹는 질산염을 통해 암모니아를 생성하는 것을 착안했다.
질산염은 염장식품, 통조림 제조 시 방부제로 사용되는 식품첨가물이다.
바로 질산염을 전기분해해 암모니아를 생산할 수도 있지만 막대한 전기에너지가 필요하기 때문에 대안을 마련했다.
전기 대신 자체 개발한 광촉매를 사용했다.
광촉매를 통해 아주 낮은 전압에서도 95.6%라는 높은 선택도로 질산염을 환원시켜 암모니아를 만드는 데 성공했다.
햇빛을 직접 받아 만든 전자(광전자)로 질산염을 환원시켜 암모니아가 합성되는 방식이다.
광촉매가 태양광을 받아 수용액 속 질산염이 암모니아로 바뀌는 모습/UNIST 제공
높은 반응 선택도는 광전자가 질산염 환원 반응에만 효율적으로 쓰였다는 뜻이다.
이번 연구는 암모니아 생산 과정에서 나오는 이산화탄소를 없애고 폐수 속 질산염도 처리 할 수 있는 친환경 기술로 평가 받고 있다.
연구팀은 “광촉매 효율과 안정성을 보완한다면 지상에서 가장 풍부한 재생에너지인 태양광을 직접 활용하는 이상적인 그린 기술이 될 것”이라고 밝히고 있다.
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