성균관대 김정규 교수팀, 폐수에서 청정연료 '이퓨얼' 생산하는 촉매기술 개발 눈길

성균관대학교는 화학공학과 김정규 교수 연구팀이 질산염을 수소 저장체로 사용할 수 있는 암모니아로 전환하는 새로운 전기화학 촉매 소재를 개발했다고 7일 밝혔다. 기존 암모니아 생산 방식의 문제점을 해결할 혁신적인 기술로 평가받는다.

암모니아는 비료, 의약, 화학 산업 등의 중요한 자원이다. 수소를 저장할 수 있는 무(無)탄소 에너지 저장체로도 주목받는다. 하지만 현재의 암모니아 생산은 전통적인 '하버-보슈 공정'으로 이뤄져 에너지 소비가 많고 온실가스도 많이 배출한다.

이를 해결하기 위해 전기화학적 암모니아 생산법의 필요성이 제기돼 왔다. 특히 폐수에 많이 포함된 질산염을 환원해 암모니아를 만드는 전기화학 반응은 환경 문제를 동시에 해결할 수 있어 주목을 받고 있다.

하지만 이 과정에서 경쟁 반응으로 수소 발생 반응(HER)이 일어나 촉매의 성능을 떨어뜨리는 게 문제였다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 비스무트(Bi) 원소를 사용한 새로운 도핑 기술을 개발했다. 제일산화구리 표면에 Bi를 도핑해 수소 생성 반응을 억제하고, 암모니아 생산 효율을 크게 높이는 촉매를 만들었다. 그 결과 99.2%의 높은 질산염-암모니아 전환 효율을 달성했다. 촉매의 안정성도 확보했다.

김 교수는 "이번 연구는 폐수에서 청정 연료인 이퓨얼(e-Fuel)을 생산하는 촉매 기술을 제시한 것"이라며 "이 기술은 수소 에너지와 이산화탄소 환원을 통한 연료 생산에도 적용할 수 있다"고 설명했다.

이번 연구 논문은 소재 분야 최고 권위의 국제학술지 '머티리얼즈 투데이'에 지난 7월 1일 게재됐다.

이 연구는 산업통상자원부 에너지인력양성사업과 한국연구재단 개인기초 중견연구 사업의 지원으로 수행됐다.

한편 주저자인 김준영 박사후연구원은 지난달 가톨릭대 바이오메디컬화학공학과 조교수로 임용됐다.