과학기술정보통신부와 한국연구재단은 이달의 과학기술인상 11월 수상자로 최민기 한국과학기술원(KAIST) 생명과학공학과 교수를 선정했다고 5일 밝혔다.

최 교수는 친환경적 암모니아 합성을 위한 고성능 촉매를 개발한 공로를 인정받았다.

암모니아는 비료와 의약품 등 필수 산업 원료일 뿐 아니라 액화가 쉽고 수소 저장 밀도가 높아 수소를 장기간 저장하거나 장기간 운송하는 에너지 매개체로도 주목받고 있다.

하지만 100여 년 전 개발돼 현재도 쓰이는 하버-보쉬 공정은 500도 이상, 100기압 이상 고온·고압 조건이 필요해 막대한 에너지를 쓰고 상당한 양의 이산화탄소를 배출하는 한계가 있다.

최 교수팀은 루테늄(Ru) 촉매와 산화바륨(BaO) 조촉매를 전도성이 높은 탄소 지지체에 담아 양전하와 음전하를 따로 저장해 '화학 축전지'처럼 작동하는 촉매를 개발했다.

암모니아 합성 반응 도중 수소 분자가 루테늄 촉매 위에서 수소 원자로 분해되고 이 수소 원자는 양성자와 전자 쌍으로 한 번 더 분해되면서 산성을 띠는 양성자는 강한 염기성을 띠는 산화바륨에 저장되고, 남은 전자는 루테늄과 탄소에 분리 저장되는 구조다.

이런 축전 현상을 통해 전자가 풍부해진 루테늄 촉매가 암모니아 합성의 핵심인 질소 분자 분해 과정을 촉진해 활성을 높이게 된다.

이 소재는 기존 최고 수준 촉매보다 7배 높은 암모니아 합성 성능을 보여 300도, 10기압 수준의 저온 및 저압 조건에서도 활용이 가능하다고 연구팀은 설명했다.

관련 연구는 지난 2월 국제학술지 '네이처 촉매'에 실렸다.

최 교수는 "이번 연구는 촉매 반응의 새로운 이론적 틀을 제시했다는 점에서 학술적으로 큰 의미가 있을 뿐만 아니라 촉매 연구의 궁극적 목적인 산업적 활용에도 중요한 전환점이 될 수 있다"며 "친환경적 암모니아 합성 기술의 실용화를 위한 연구를 지속해 식량, 에너지, 환경 문제를 해결하는 데 기여하고 싶다"고 말했다.