태양에너지만으로 고효율의 암모니아를 생산할 수 있는 기술을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다.

16일 UNIST에 따르면 에너지화학공학과 장지욱, 장성연 교수팀은 미국 스탠퍼드대 토마스 F. 자라밀로 교수(Thomas F. Jaramillo)와 공동으로 페로브스카이트 기반 친환경 암모니아 생산 광전극 시스템을 만들었다.

이 광전극으로 암모니아를 생산하는 속도는 미국 에너지부가 정한 친환경 암모니아 생산 속도의 상용화 기준치를 약 1.7배 웃돌았다.

이는 세계 최고 태양광 암모니아 생산 속도 기록이라고 연구팀은 설명했다.

공업 원료인 암모니아는 비료, 음식, 제약 등 고부가가치 화합물을 합성하는 데 쓰인다.

그러나 현재 대부분의 암모니아는 '하버-보쉬 공정'으로 생산돼 친환경적이지 않고, 막대한 양의 화석 연료를 소모해야 한다는 문제가 있다.

연구팀은 페로브스카이트 태양전지를 보호해 높은 성능과 내구성을 갖춘 광전극 시스템을 고안했다.

광전극은 페로브스카이트가 물과 직접 접촉하는 것을 막고, 페로브스카이트와 암모니아 생산 촉매를 전기적으로 연결하고 고정한다.

물속에서 빛을 받은 광전극은 전하를 생산하고, 전하는 전극 표면에 노출된 암모니아 생산 촉매에 효율적으로 전달돼 안정적으로 높은 효율의 암모니아가 만들어진다.

연구팀은 암모니아를 외부 전압 없이 생산하기 위해 물보다 낮은 전압에 반응하는 글리세롤을 이용했다.

글리세롤이 첨가된 물에 광전극을 담그고 빛을 쪼여 암모니아를 생산하는 것이다.

암모니아 생산과 동시에 부산물로 글리세롤보다 9배 이상 가치가 높은 글리세릭 엑시드도 생산됐다.

장지욱 교수는 "개발된 기술은 외부 전압 없이도 고효율 암모니아를 생산할 수 있다"며 "다양한 친환경 연료를 생산하는 데도 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

장성연 교수는 "이번 연구는 태양광 연료의 상용화가 되는 태양광 연료 생산 속도 기준을 초과 달성했다는 점에서 큰 의의가 있다"고 말했다.

연구 결과는 촉매 분야 학술지인 '네이처 카탈리시스'(Nature Catalysis)에 지난 1일 자로 공개됐다.

연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 우수연구자교류지원사업, 글로벌 기초연구실 지원사업 등을 통해 이뤄졌다.