한국과학기술연구원(KIST)은 극한물성소재연구센터 정소희 선임연구원 연구팀이 김수연 명지대 교수와 공동으로 전기화학적 암모니아 생산 과정에서 수소 발생을 늦춰 상온·상압에서 암모니아 생산 효율을 높이는 새로운 촉매를 개발했다고 20일 밝혔다.

전기화학 방식으로 암모니아를 만들려면 질소가 촉매 표면에서 수소 원자와 만나야 하지만, 수소끼리 먼저 만나면 암모니아 대신 수소 기체가 만들어진다.

기존에는 이를 막기 위해 수소가 촉매에 잘 붙지 않게 했지만 암모니아 생성에 필요한 수소도 부족해지는 게 문제였다.

연구팀은 오히려 촉매 표면 텅스텐과 바나듐을 활용해 수소를 촉매에 잘 붙게 해 안정화시켜 기체로 바뀌는 과정을 지연시키는 전략을 택했다.

수소가 기체가 되기 전 질소를 잘 만나도록 한 것이다.

이렇게 개발한 촉매는 상온·상압에서 1㎎ 촉매로 시간당 381.3마이크로그램(㎍, 100만분의 1g) 암모니아를 생산했다.

투입 전기 중 암모니아 생산에 쓰인 비율은 13%로 순수 촉매 기준으로 국내 최고 수준 생산 효율이라고 연구팀은 설명했다.

이 촉매는 30시간 동안 성능을 안정적으로 유지했으며 촉매 면적을 30배 키워도 기존 성능의 80%를 유지하는 것으로 나타났다.

정 선임연구원은 "암모니아 생산을 방해하던 수소 발생을 단순히 막는 대신 늦춤으로써 상온·상압에서 암모니아 생산에 활용하는 새로운 방법을 제시했다"며 "앞으로 대면적 촉매와 연속 생산 기술을 개발해 상용화 가능성을 높이겠다"고 밝혔다.

이번 연구결과는 지난달 3일 국제학술지 '응용 촉매 B: 환경 및 에너지'에 실렸다.