▲ 국내 매년 2000만톤 이상 배출되는 폐암모니아를 친환경 전기화학 완전분해 공정을 통해 청정 수소 생산 개념도..

2차오염 물질을 발생시키지 않는 전기화학적인 방법으로 암모니아를 완전 분해함에 동시에 순도 100%의 청정 수소를 생성시키는 길이 열렸다.

GIST(광주과학기술원) 환경공학부 이재영 교수팀(교신저자·에틀(Ertl) 촉매 연구센터)이 친환경 전기화학 분해법으로 폐(廢)암모니아를 분해해 순도 100%의 청정 수소를 생산하는 데 성공했다고 지난 26일 밝혔다.

가축 분뇨나 생활 폐수에서 나오는 폐암모니아(국내에서 연간 2000만 톤 이상 배출)는 현재 염산 등을 이용하는 생물학적․화학적 방법으로 처리되고 있는데, 이는 화학약품에 의한 2차 오염을 유발하고 처리 비용이 비싸다는 단점을 지닌다.

이 때문에 폐암모니아를 친환경적으로 완전히 분해하고 부산물로서 수소를 얻을 수 있는 전기화학 분해 공정에 대한 연구가 진행되고 있다.

특히 수소연료전지 자동차와 제철 및 화학공정에 필요한 청정 수소를 생산하는 기술이라는 점에서, 폐암모니아를 친환경적으로 처리할 수 있는 기술로 주목받고 있다.

이에 연구팀은 전기도금법으로 백금촉매를 제조한 뒤 이를 암모니아 전기화학적 분해 공정에 사용해 청정 수소를 생산하는데 성공하였다.

연구팀은 전극-막 일체형 반응기(zero-gap cell)를 이용해 폐암모니아 산화․분해로 발생하는 질소와 수소를 추가적인 가스 분리공정이 없이 효과적으로 분리하였고 불순물이 포함되지 않은 순도 100%의 수소를 얻었다. 또 수소를 얻기 위한 생성 패러데이 효율은 80% 이상임을 확인했다.

일반적으로 청정 수소를 얻기 위해 물을 전기분해하는 과정은 많은 전기 에너지를 필요로 하지만, 연구팀의 폐암모니아 전기화학 분해법은 물 전기분해와 비교했을 때 3배 낮은 전력이 소모돼 적은 전력과 비용으로 청정 수소를 생산할 수 있다는 장점이 있다.

이재영 교수는 “이번 성과는 친환경적인 방법으로 폐암모니아 재자원화의 가능성을 확인했다는 점에서 의의가 있다”며 “이 연구가 산업화되어 폐암모니아를 이용한 100% 수소 치환을 가정할 경우 우리나라 연간 전력소비량의 12.6%를 충당할 수 있는 수소 에너지원을 생산하는 것과 같다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 GIST 환경공학부 이재영 교수(교신저자)가 주도하고 에틀(Ertl) 촉매 연구센터 곽지은 연구원(제1저자)이 수행한 이번 연구는 교육부와 한국연구재단의 일반연구자지원사업의 지원으로 수행되었고, 화학․에너지 분야의 세계적인 학술지 켐서스켐(ChemSusChem) 11월 4일자 온라인판에 게재됐다.