화학비료의 대량생산을 가능하게 한 하버 보쉬법은, 전 세계 농업을 지탱하고 있지만, 전 세계 에너지 소비량의 2% 이상, 천연가스 사용량의 약 5%를 차지하는 에너지 집약적인 기술이기도 하기 때문에, 지속가능성에 문제가 있다. 2024년 12월 13일 과학지 Science Advances에 게재된 논문에서, 공기 중에서 식물 비료로 만들 수 있는 암모니아를 모으는 장치가 발표되었다는데....
암모니아는 농작물 비료의 주성분이지만, 최근에는 지속 가능한 연료로도 중요시되고 있으며, 암모니아를 분해하면 연료전지나 내연기관용 수소가 생성돼 연소해도 탄소를 배출하지 않고 물만 나온다.
쉽게 액체에 녹는 암모니아는 기체 수소보다 다루기 쉽기 때문에, 킬로와트시당 비용도 낮출 수 있고, 해운업계는 이미 암모니아에 주목하고 있으며, 2024년에는 세계 최초의 탄소 배출 제로 암모니아 구동선도 취항했다.
메탄이나 수소 가스보다 청정한 연료로서의 암모니아에 주목한 스탠포드 대학과 사우디아라비아의 킹 파하드 석유광물대학 팀은, 공기 중의 질소와 수증기를 이용한 그린 암모니아 수집 장치를 개발.
다음은, 연구팀이 발표한 '온사이트 암모니아 제조 장치'의 개략도인데, 이 장치는 촉매 메쉬, 채취한 액체 샘플을 포집하기 위한 냉각 콘덴서 플레이트, 수집 용기로 구성되어 있다.
https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.ads4443
자연풍이나 장치에 내장된 팬으로 공기중의 수증기와 질소를 촉매 메쉬 안에 통과시키면, 장치내에 그린 암모니아가 발생하기 때문에, 그것을 식혀서 응집시켜 액체로서 모으는 것이, 「온사이트 암모니아 제조 장치」의 구조이다.
암모니아의 생성은, 마그네타이트와 나피온이라고 불리는 폴리머로 구성된 촉매에 의해, 수증기(H2O)와 대기 중 질소(N2)를 결합시켜 암모니아(NH3)와 산소(O2)를 발생시키는 과정으로 이루어진다.
스탠퍼드대 캠퍼스에 놓인 장치의 사진이 다음과 같은데, 암모니아를 수집하기 위한 냉각 프로세스에는 휴대용 전원이 사용되고 있다.
https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.ads4443
팀이 실제로 장치를 가동시켰더니, 시간당 최고 120μM(마이크로몰러) 농도의 암모니아를 얻는 데 성공했으며, 이것은, 일부 작물에 있어서는 충분한 농도라고 한다. 또한 폐수 중 암모니아를 제거하는 데 자주 사용되는 제올라이트를 사용함으로써, 필요에 따라 암모니아의 농도를 높이는 것도 가능.
스탠퍼드대 화학 교수이자, 논문 저자 중 한 명인 리처드 자레 씨는 "이 혁신은 집중형 생산을 대체할 수 있는 지속 가능하고 비용 효율적인 대체 수단을 제공함으로써, 비료 제조를 근본적으로 바꿀 가능성이 있습니다. 또 개발도상국의 농업 강화에서 의약품 제조와 공업의 진보에 이르기까지 화학에 혁명이 일어날 가능성도 내포돼 있다"고 코멘트.
EmoticonEmoticon