태양에너지로 암모니아 생산, UNIST의 혁신!
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작성자 작성일 24-04-17 21:26본문
태양에너지와 암모니아 생산
태양에너지만으로 고효율의 암모니아를 생산할 수 있는 기술이 개발되었습니다. UNIST(울산과학기술원) 에너지화학공학과 장지욱, 장성연 교수팀은 스탠퍼드 대학교 Thomas F. Jaramillo 교수와 공동으로 페로브스카이트 기반 친환경 암모니아 생산 광전극 시스템을 개발했다고 밝혔습니다.
페로브스카이트 기반 친환경 암모니아 생산 광전극 시스템
이번에 개발한 페로브스카이트 기반 친환경 암모니아 생산 광전극 시스템은 미국 에너지부가 정한 친환경 암모니아 생산 속도의 상용화 기준치를 약 1.7배 웃돌았습니다. 이는 세계 최고 기록입니다.
암모니아 생산 원리
태양에너지로 폐수의 주요 성분인 질산염(NO3-)을 물속에서 환원해 암모니아(NH3)를 생산하는 원리입니다. 개발한 시스템은 세계 최고의 태양광-암모니아 전환 속도를 기록했으며 물에 약한 페로브스카이트의 단점을 극복했습니다.
암모니아의 중요성
공업 원료인 암모니아는 비료, 음식, 제약 등 고부가 가치 화합물을 합성하는 데 쓰입니다12. 현재 암모니아의 대부분은 ‘하버-보쉬 공정’으로 생산되지만, 이 공정은 친환경적이지 않고 막대한 양의 화석연료를 소모해야 한다는 문제가 있습니다.
개발된 기술의 특징
연구팀은 페로브스카이트 태양전지를 보호해 높은 성능과 내구성을 갖춘 광전극 시스템과 루세늄을 티타늄 나노시트에 올린 고성능 암모니아 생산 촉매를 개발했습니다. 페로브스카이트는 빛을 잘 흡수해 전하를 많이 만들 수 있지만, 물에 쉽게 분해됩니다. 연구팀은 페로브스카이트를 쉽게 액체가 되는 필즈금속으로 보호하는 동시에 고성능 암모니아 생산 촉매와 강하게 결합시켰습니다.
암모니아 생산 과정
제작된 광전극은 페로브스카이트가 물과 직접 접촉하는 것을 막습니다. 페로브스카이트와 암모니아 생산 촉매를 전기적으로 연결하고 고정합니다. 물속에서 빛을 받은 광전극은 전하를 생산합니다. 전하는 전극 표면에 노출된 암모니아 생산 촉매에 효율적으로 전달돼 안정적으로 높은 효율의 암모니아가 만들어집니다.
암모니아 생산의 미래
이번 연구는 고효율 태양광 연료 생산에 응용한 매우 중요한 연구입니다. 태양광 연료의 상용화가 되는 태양광 연료 생산 속도 기준을 초과 달성했다는 점에서 큰 의의가 있습니다. 이번 연구 성과는 촉매 연구에서 가장 탑 저널인 ‘네이처 캐탈리시스 (Nature Catalysis)’에 4월 1일자로 공개되었습니다.
