국내 연구진이 폐태양광 패널의 물질로 저탄소 암모니아 생산방식의 수율을 5.6배 높였다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 백종범 교수팀은 폐태양광 패널에서 나온 질화규소로 기계화학적 암모니아 생산공정의 수율을 5.6배 높이는데 성공했다고 9일 밝혔다.
암모니아 비료 덕분에 인구 절반이 먹고산다는 말이 나올 만큼, 암모니아는 식량 생산에 중요한 물질이다. 최근에는 청정연료인 수소의 저장·운반체로도 주목받고 있어 그 수요가 더 늘 것으로 전망된다.
문제는 암모니아의 생산방식에 있다. 암모니아는 100년 넘게 하버-보슈(Haber-Bosch) 공정으로 생산돼 왔다. 이 공정은 400℃ 이상 고온과 대기압의 200배에 달하는 고압 필요해 막대한 에너지를 쓸 뿐만 아니라, 이산화탄소 배출량이 전세계 배출량의 2% 이상을 차지할 정도로 많다.
이에 기계화학적 암모니아 생산이 대안으로 떠오르고 있다. 기계화학적 암모니아 생산은 쇠구슬을 밀폐된 용기 속에서 굴려, 질소(N₂)와 수소(H₂) 분자가 촉매와 충돌하며 반응하도록 유도하는 방식이다. 에너지 소비와 온실가스 배출을 획기적으로 줄일 수 있으며 소규모·분산형 생산에도 적합하다. 암모니아를 필요로 하는 농업 현장 등에서 직접 제조할 수 있다는 의미다.
연구팀은 소량의 질화규소(Si₃N₄)를 공정에 첨가해 이 공정에서 암모니아 수율을 기존보다 5.6배 끌어올렸다. 질화규소가 철 촉매 표면에 고밀도 결함을 형성해, 질소 기체(N₂)를 원자 단위로 분리하고 이를 수소화하는 반응을 촉진한다고 연구팀은 설명했다.
질화규소는 충격과 화학적 부식, 열에 모두 강해 장시간 촉매 성능을 유지할 수 있다. 또 폐태양광 패널에서 회수한 실리콘으로 만들 수 있어, 재생에너지 폐기물의 고부가가치 자원화 가능성도 높다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 2050년까지 전세계에서 4900만톤 이상의 태양광 패널 폐기물이 발생할 것으로 전망된다.
백종범 교수는 "이번 기술은 저온·저압에서도 암모니아 생산 효율을 크게 높일 수 있어, 국소 지역에서 직접 암모니아를 생산하는 '탈중앙화'에 기여할 수 있다"며 "태양광 폐기물까지 자원화할 수 있는 만큼, 암모니아 생산의 탈탄소화와 자원순환이라는 두 과제를 동시에 해결할 수 있는 기술"이라고 말했다.
이번 연구결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다.
Copyright @ NEWSTREE All rights reserved.
