[에너지데일리 조남준 기자] 인공 번개를 이용해 공기 중에서 암모니아를 가스 형태로 직접 생성하는 친환경 기술이 개발됐다. 기존의 탄소집약적 하버-보쉬(Haber-Bosch) 공정을 대체할 수 있는 이 방식은 비료 생산과 수소 산업의 패러다임을 바꿀 혁신으로 주목받고 있다.

시드니대학교 연구진은 전기를 이용한 인공 번개와 전해조 기술을 융합해, 공기 중 질소에서 직접 기체 암모니아(NH₃)를 생성하는 새로운 공정을 개발했다고 4일 밝혔다.

PJ 컬렌(PJ Cullen) 교수 연구팀이 개발한 이번 기술은 기존 하버-보쉬 공정의 복잡한 고온·고압 조건을 피하면서, 전기만으로 암모니아를 제조할 수 있다는 점에서 지속 가능성과 분산 생산 가능성을 동시에 확보했다. 특히 기존의 수용성 암모늄 이온(NH₄⁺) 생산과 달리, 기체 형태의 암모니아를 직접 얻어내는 데 성공한 것이 핵심 성과다.

컬렌 교수는 “현재 암모니아는 대규모 공장에서 화석연료 기반 수소를 투입해 생산되며, 탄소 배출과 물류비용이 막대하다”며 “우리는 저렴하고 분산 가능하며 확장 가능한 녹색 암모니아 생산 방식이 필요하다”고 말했다.

이 신기술의 핵심은 플라즈마를 이용해 공기 중의 질소(N₂)와 산소(O₂)를 여기(여기: 에너지를 가해 반응성이 높아진 상태)시키고, 이를 전기분해 멤브레인을 통해 암모니아로 전환하는 2단계 공정이다. 이 과정은 별도의 고온·고압 없이도 이뤄지며, 소규모 모듈형 시스템으로도 구현 가능하다는 점에서 향후 농촌, 해상, 분산형 에너지 기반시설 등에 적용 가능성이 높다.

암모니아는 수소 저장 매체로도 주목받는다. 암모니아 분자는 3개의 수소 원자를 포함하고 있어, 이를 열분해하면 수소를 추출할 수 있다. 이에 따라 이산화탄소 배출이 없는 연료로 해운업 등에서도 활발한 관심을 받고 있다.

이번 연구는 독일의 유명 화학저널 Angewandte Chemie International Edition에 게재됐다. 연구진은 향후 전해조의 에너지 효율성을 높여 기존 하버-보쉬 공정과의 경제적 경쟁력도 확보하겠다는 목표를 밝혔다.

컬렌 교수는 “플라즈마와 전기분해를 결합한 이 2단계 공정은 지속가능한 암모니아 생산을 위한 실질적 대안을 제시한다”며 “수소 기반 녹색경제로의 전환을 앞당길 수 있는 중대한 진전”이라고 강조했다.