나노기술 및 정책 정보

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● 경북대학교 화학과 이혜진 교수, 광주과학기술원 지구환경공학부 이재영 교수, 한국에너지기술연구원 수소연구단 주형국 박사 공동 연구팀이 나노금속산화물촉매인 산화루테니움(RuO2)에 친수성 이온성 액체를 도입해 기존의 촉매전극보다 촉매 반응 활성점이 매우 우수한 탄소섬유 기반 촉매전극층을 개발

● 현재 암모니아를 생산하는 주요 공정으로 하버-보슈법이 사용되고 있지만, 이 공정은 암모니아 합성의 주원료인 수소가 대부분 석탄이나 천연가스(LNG)와 같은 화석연료로부터 추출되기 때문에 대량의 이산화탄소를 배출

● 이러한 문제점을 극복하기 위해 화석연료를 사용하지 않으며, 이산화탄소의 배출이 없는 그린 암모니아 합성 공정 연구가 활발히 진행 중임.

● 연구팀은 전기화학적인 방법을 통해 공기 중의 질소와 순수한 물을 이용한 친환경적인 공정으로 암모니아 생산성을 높일 수 있는 새로운 촉매전극을 개발하였으며, 해당 촉매전극은 생산효율이 높고 탄소를 배출하지 않아 탄소중립의 핵심 원료인 그린 암모니아의 대량 공급 가능성을 제시

● 연구팀이 주목한 전기화학적 암모니아 합성법은 재생에너지 전력을 직접적으로 사용하기에 탁월한 공정이며, 상온(20~25℃) 및 상압(1기압)에서 촉매 반응을 통해 암모니아를 생산 가능

● 기존의 연구 결과에서는 낮은 암모니아 합성률과 반응 선택성의 한계를 보여왔지만, 연구팀은 이온성 액체로 특화된 나노촉매전극층 구조를 개발해 기존의 전기화학적 암모니아 합성률 대비 5~10배 높은 개선된 성능과 안정적인 반응 선택성을 확인

※ 용어설명

- 하버-보슈법(Haber-Bosch process): 질소와 수소로부터 암모니아를 대량으로 생산하는 공업적 방법으로, 고온 고압의 반응 조건과 철을 기반으로한 촉매를 사용

※ Journal of Energy Chemistry 게재(2021.11.26.), “Selective conversion of N2 to NH3 on highly dispersed RuO2 using amphiphilic ionic liquid-anchored fibrous carbon structure”