폐수 속 질산염을 고부가가치 에너지원인 암모니아로 바꾸는 기술을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다.

UNIST 에너지화학공학과 서관용·장지욱 교수팀은 햇빛을 이용해 폐수에 있는 질산염에서 암모니아를 얻는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

암모니아는 연간 1억5천만t 이상 소비되는 산업·농업의 필수 화학물질이다. 수소 함량이 높아 차세대 에너지 저장·운송체로도 주목받는다.

그러나 현재 암모니아는 생산량의 90% 이상을 고온·고압 조건의 하버-보슈 공정에 의존하고 있다. 생산 과정에서는 막대한 온실가스를 배출한다.

연구진이 개발한 기술은 태양광으로 이산화탄소 배출 없이 그린 암모니아를 만드는 광전기화학(PEC) 시스템이다. 이 시스템은 폐수 속 질산염을 선택적으로 환원시켜 암모니아로 바꾼다.

이 시스템은 실리콘 광전극과 니켈 포일 촉매로 구성돼 있다. 실리콘 광전극이 햇빛을 받아 전자를 만들면, 이 전자가 니켈 촉매를 통해 질산염 환원 반응을 유도한다.

이 반응 메커니즘은 실험뿐 아니라 양자역학 기반 계산(DFT 시뮬레이션)을 통해서도 입증됐다.

연구진은 이 시스템을 이용해 기존보다 57% 향상된 암모니아 생산 성능을 기록하는 데 성공했다. 광전기화학 기반 기술 중에서는 세계 최고 수준이라는 설명이다.

서관용 교수는 "오염물질인 질산염을 차세대 에너지원인 암모니아로 바꾸면 수질 정화와 탄소중립을 동시에 달성할 수 있다"며 "향후 이 장치를 야외에서도 암모니아를 생산할 수 있는 대면적으로 제작해 실증하는 연구를 계획 중"이라고 말했다.

이같은 연구 결과는 최근 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials)를 통해 온라인으로 공개됐다.