암모니아를 수소와 비료로 동시에 전환하는 혁신: 에너지 생산과 농업에 기여

Seoul독일의 University Alliance Ruhr의 연구팀이 암모니아를 수소와 아질산염으로 변환하는 새로운 방법을 발견했습니다. 이는 보통 별개의 과정으로 만들어지는 수소와 비료의 생산 방식을 바꿀 수 있습니다.

주요 혁신 사항:

• 새로운 촉매 개발
• 역 하버-보쉬 공정을 물 전기분해와 결합
• 수소와 아질산의 이중 산출물 생성
• 암모니아 입력을 위한 가스 확산 전극 사용

수소는 물을 수소와 산소로 분해하여 생산할 수 있습니다. 이를 친환경적으로 만들기 위해서는 재생 에너지를 사용해야 합니다. 독일은 대규모의 재생 에너지를 생산할 수 있는 충분한 공간이 없기 때문에 다른 지역에서 수소를 수입해야 합니다. 수소를 운반하는 것은 어려운 일인데, 이는 수소를 영하 253도까지 냉각하거나 높은 압력 상태로 유지해야 하기 때문이며, 이 두 방법 모두 많은 에너지가 필요합니다.

암모니아는 더 간단하고 효율적인 대안입니다. 영하 33도에서 액체로 변환되며, 많은 에너지를 담고 있습니다. 액체 암모니아 탱크는 액체 수소 탱크보다 약 2.5배 더 많은 에너지를 운반할 수 있습니다. 도착 후 암모니아는 주로 역 하버-보시 공정을 통해 수소로 다시 변환됩니다.

이 과정은 일반적으로 쓸모없는 질소를 생성합니다. 하지만 독일 연구팀은 이를 개선할 방법을 찾았습니다. 그들은 또 다른 전해 과정을 추가하여 암모니아와 물을 아질산과 수소로 변환시켰습니다. 이 방법으로 수소 생산량이 두 배로 증가하고, 아질산은 비료로 만들 수 있습니다.

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연구팀은 가스 확산 전극을 사용하여 기체 형태의 암모니아를 공급하는 새로운 연구 방법을 개발했습니다. 이전에는 암모니아가 항상 용해된 형태로 사용되었고, 이는 몇 가지 제한이 있었습니다. 연구원들은 암모니아를 질소가 아닌 질산염으로 직접 변환할 수 있는 촉매를 찾는 데 도전과제를 마주했습니다. 다양한 다중 금속 촉매를 시험한 결과, 전자의 87%를 질산염으로 전환하는 데 성공했습니다.

이 방법은 물 분해 시 발생하는 불필요한 산소의 생성을 막아줍니다. 연구팀의 작업은 이 새로운 아이디어가 가능하다는 것을 보여주지만, 대규모 공장에서 사용되기까지는 아직 거리가 멉니다. 비록 초기 단계에 있지만, 이 연구는 수소 및 비료 산업에 큰 이익을 줄 수 있습니다.

이러한 단계들을 결합하면 에너지 사용량과 비용을 줄여 환경 친화적인 생산이 가능합니다. 이러한 방식은 특히 독일과 같이 재생 가능한 에너지를 위한 공간이 부족해 수소를 수입해야 하는 국가들에게 유익합니다.

이 연구는 전망이 밝지만, 널리 사용되기 위해서는 추가적인 노력이 필요합니다. 암모니아로부터 수소와 비료를 동시에 생산하는 것은 에너지 사용 효율을 높이고 운송 비용을 절감할 수 있습니다.