암모니아, 단순한 비료가 아닌 차세대 친환경 에너지로 활용될 수 있을까?

🌱 암모니아, 단순한 비료가 아닌 차세대 친환경 에너지로 활용될 수 있을까?

우리가 매일 먹는 음식은 사실 "암모니아"와 관련이 있습니다. 이 무색의 자극성 기체는 비료를 만드는 핵심 원료입니다.

100년 전, 하버-보슈 공정은 인류가 질소와 수소로부터 암모니아를 합성하여 세계 식량 위기를 해결할 수 있도록 했습니다. 하지만 이 기술은 고온, 고압, 그리고 막대한 양의 화석 연료를 필요로 하며, 매년 전 세계 탄소 배출량의 약 2%를 차지합니다. 이러한 이유로 "햇빛, 공기, 물을 이용하여 실온에서 암모니아를 합성할 수 있을까?"라는 질문은 오랫동안 과학계의 꿈이었습니다.

2025년 5월, 이 꿈이 실현되었습니다.

도쿄대학교 니시바야시 히토아키 교수가 이끄는 연구팀은 공기, 물, 가시광선 중 질소만을 이용하여 상온, 상압에서 암모니아를 합성하는 데 성공했으며, 그 결과를 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 발표했습니다. 고압, 고온, 화석 연료 없이 이처럼 간단한 조건에서 인공적으로 암모니아를 생산한 것은 세계 최초입니다. 연구팀은 몰리브덴과 이리듐 금속의 특수 촉매를 사용하여 빛 아래에서 질소와 물 분자를 활성화시켜 수소와 질소가 결합하여 암모니아를 형성했으며, 반응 효율은 기존보다 수십 배 향상되었습니다.

이는 화학 산업의 획기적인 발전일 뿐만 아니라 에너지 분야에도 큰 변화를 가져올 수 있습니다. 암모니아는 실제로 연소될 수 있으며, 이산화탄소를 생성하지 않고 질소와 물만 생성됩니다. 탄소가 전혀 없는 연료입니다. 질량 에너지 밀도는 약 18.6MJ/kg으로 가솔린의 44MJ/kg에는 미치지 못하지만 액체 수소보다는 높습니다. 더 중요한 것은 암모니아의 부피 에너지 밀도가 수소보다 훨씬 높아 저장 및 운반이 용이하다는 것입니다.

이제 세계는 암모니아를 연료로 사용하려고 시도하고 있습니다.

✅ 일본에서는 화력 발전소에서 암모니아와 석탄의 혼소를 시험했습니다.

✅ 유럽에서는 선박 엔진 제조업체에서 암모니아 연료 선박을 건조하기 시작했습니다.

✅ 전기 자동차 및 연료 전지 분야에서 암모니아는 수소 저장을 위한 이상적인 운반체로 여겨집니다.

암모니아는 태양광을 이용하여 외딴 지역에서도 생산될 수 있으며, 독립형 에너지 시스템의 일부가 될 수 있습니다. 태양광, 물, 공기만 있다면 저장 및 운송이 가능한 깨끗한 연료를 생산할 수 있습니다.

암모니아를 현재 주류 에너지원과 비교해 보면 다음과 같은 장점을 알 수 있습니다.

🔹 암모니아: 탄소 배출 없음, 연소 생성물은 질소와 물, 안정적인 저장

🔹 수소: 에너지 밀도는 높지만 저장 및 운송이 어려움

🔹 천연가스 및 가솔린: 에너지 밀도는 높지만 심각한 탄소 배출

암모니아는 독성이 있고 발화점이 높지만, 혼합 수소 연소, 촉매 최적화와 같은 기술 개선을 통해 점진적으로 극복할 수 있습니다. 더 중요한 것은, 이 기술이 진정한 "친환경 암모니아 생산"의 길을 열어준다는 것입니다. 미래의 공장들이 태양열을 이용하여 암모니아를 합성하고, 이를 전기나 연료로 사용하면서 처음부터 끝까지 이산화탄소를 배출하지 않는다면, 에너지 시스템의 판도가 완전히 바뀔 것입니다.

하버 공정은 100년 동안 암모니아의 가능성을 열어왔으며, 이제 과학자들이 그 가능성을 다시 열어가고 있습니다. 암모니아는 더 이상 단순한 비료 원료가 아닙니다. 조용히 전환점을 맞이하여 인류 문명을 발전시킬 차세대 청정 에너지가 될 준비를 하고 있습니다.

"암모니아 에너지 시대"를 맞이할 준비가 되셨나요?

출처: https://www.facebook.com/raelianyue/posts/pfbid02Nuok9mRupMFFomuv242TmURXskEWgdmwuuaxhdwMM5ydFgtfH1qcPB3kuzruyYb1l