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전 세계에서 가장 많이 생산되는 화학제품 ‘암모니아’의 전기화학적 생산법 제시

암모니아는 전 세계적으로 가장 많이 생산되는 화학제품이자 100년이 넘는 시간 동안 비료 등으로 사용되어온 전통적 화학원료이다. 최근에는 암모니아를 액화시켜 장거리 수소운송체로활용하는 방안이 주목받고 있다. 

기존의 암모니아 액화, 운송 설비를 그대로 활용할 수 있고, 부피·질량대비 더 많은 수소를 저장, 운송할 수 있다는 이점이 부각되면서다. 수소를 암모니아로바꾸면 수소를 액화하는 것보다 약 1.7배 많은 수소를 저장할 수 있다.

암모니아 생산에는 하버-보쉬법을 적용한 공업적 방법이 활용된다. 그러나 암모니아 생산의 주요 공급원인 수소 생산 과정 및 하버-보쉬법의 고온 고압 반응 특성으로 인해 생산 과정에서 다량의 이산화탄소가 발생하고, 많은 에너지가 소모되었기에 생산법의 개선에 대한 요구가 끊임없이 제기되어 왔다. 암모니아 생산 중 배출되는 이산화탄소는 전 세계 배출량의 약 1.8%를 차지한다. 장윤정 교수는 이러한 요구에 대응하기 위한 친환경적 암모니아 생산 방법을 연구하고 있다.

“태양광을 이용해서 수소를 생산하기 위한 연구와 더불어 이산화탄소를 활용해 고부가가치를창출해내기 위한 연구를 주로 수행해왔습니다. 최근에는 수소 캐리어 역할을 하는 암모니아의 친환경적 생산법에 집중하고 있어요. 수소의 저장체이자 그 자체로 연료화 할 수 있는 암모니아의 가치를 재조명하고자 합니다.”

장 교수는 미국 위스콘신 대학 연구팀과 함께 전기화학적 방법으로 상온 상압 조건에서 수소가 아닌 물과 질소 기체를 이용하여 암모니아를 생산하기 위한 연구에 수년간 집중해왔다. 활용에너지원을 전기에너지에서 태양에너지로 확장하고, 질소 공급원을 질소 기체에서 질산염으로 확대 적용하는데 초점을 맞췄다. 또한 구조/형태 및 표면이 개질될 촉매를 개발하고, 이를 direct gas-feed 타입 질소 환원 전해 소자에 적용하여 전기화학적 암모니아 생산 효율을 극대화하는 것을 목표로 하는 ‘촉매의 표면 개질 및 삼상계면 제어를 통한 전기화학적 암모니아 생산효율 향상’ 연구를 진행 중이다.

“하버-보쉬법과 달리 전기화학적 시스템에서는 상온 상압 운용조건하에서 물을 수소 공급원으로 이용하여 암모니아를 생산합니다. 이를 통해 온실가스의 배출 및 투입 에너지를 대폭 감소시킬 수 있죠.”

[중략]

장 교수는 연구의 필요성과 당위성은 늘 변화한다며, 이러한 문제에 대응하기 위해 연구를 수행하는 만큼 연구의 범위에 대한 경계는 풀어놓고 어떠한 문제라도 대응할 수 있는 자세가 필요하다고 말했다. 그 과정에서 필연적으로 수행하게 되는 공동 연구에 있어서도 자신만의 기술을 기반으로 주어진 역할을 수행해야 한다는 설명이다. 타 분야와의 협업을 이어가는 과정에서 주요 연구 주제나 사용하는 용어, 접근 방향, 이해도의 차이로 때론 소통에 어려움을 겪기도 하지만 지속적인 소통을 통해 하나의 합의점이 도출되었을 때 얻는 희열은 그가 말하는 연구의 즐거움 중 하나다.

또한 장 교수는 제자들에게 자신만의 기술을 가지되 활용 능력을 키우라는 조언을 들려준다. 현재는 수소와 암모니아가 중요한 이슈로 부각되고 있으나 10년 후, 20년 후까지 이러한 관심이 이어질지는 알 수 없는 만큼 어떠한 상황에든 대응할 수 있는 역량을 키워야 한다는 설명이다. 실제로 다양한 분야와 이슈에 대한 접근을 유도하는 모습이다.

분야 간 경계를 허물고 지속적으로 소통하며 새로운 주제를 발굴해온 장 교수의 연구는 청정한 미래를 향한 가능성으로 이어지고 있었다. 진정한 그린기술을 향한 그의 연구가 탄소중립이라는 유의미한 결과로 이어지길 기대한다.

[수소 저장체이자 신재생 에너지원으로 각광받는 '암모니아', 청정 생산법으로 완전무결한 '그린 암모니아' 구현해] 

http://www.monthlypeople.com/news/articleView.html?idxno=270244