화학공학전공 윤덕현 교수팀, 「폐수 속 질산염 활용 암모니아 생산 촉매」 개발
문화예술·공과대학 화학공학전공 윤덕현 교수 연구팀은 폐수에 포함된 질산염을 고부가가치 자원인 암모니아로 변환할 수 있는 고효율 촉매 개발에 성공했다.
이번 연구는 윤덕현 교수가 교신저자로, 장소운 연구원이 제1저자로 참여했으며, 연구팀은 비료의 주원료이자 차세대 수소 운반체로 주목받는 암모니아를 기존의 탄소 배출이 많은 방식이 아닌, 폐수 속 오염물질을 활용해 친환경적으로 생산하는 기술에 주목했다.
연구팀이 제안한 기술은 폐수에 녹아있는 질산염(NO3-)을 전기화학적으로 환원하여 암모니아로 전환하는 방식으로, 청색증 등을 유발하는 질산염을 효과적으로 제거할 뿐만 아니라, 재생에너지와 연계할 경우 이산화탄소 배출 없이 ‘청정 암모니아’를 생산할 수 있다.
연구팀은 니켈 폼 지지체에 이중금속 질화물(Bimetallic Ni2Mo3N)을 담지한 신규 촉매를 개발했다. 이 촉매는 제조 과정에서 독성 가스를 배제하고 열처리 과정을 1회로 단순화해 경제성과 친환경성을 모두 확보했다. 실험 결과, 개발된 촉매는 97.72％의 높은 효율로 질산염을 암모니아로 전환했으며, 장시간 반응에서도 우수한 내구성을 입증했다.
특히, 연구팀은 실시간 분석 기법을 통해 촉매 반응의 메커니즘을 규명했다. 반응 중 형성된 비정질의 수산화니켈(Ni(OH)2) 상이 질산염을 아질산염(NO2-)으로 빠르게 전환하고, 몰리브덴-질소(Mo-N) 종이 이를 다시 암모니아로 환원시키는 시너지 효과가 높은 효율의 핵심임을 밝혀냈다.
윤덕현 교수는 “이번 연구는 골칫덩이인 폐수를 정화하면서 고부가가치 자원인 암모니아를 생산할 수 있는 ‘일석이조’의 기술”이라며 “앞으로 재생에너지 시스템과 연계하여 탄소 배출이 전혀 없는 ‘그린 암모니아’ 생산 상용화 기술로 발전시켜 나가겠다”고 밝혔다.
한편, 이번 연구 성과는 재료·화학 분야의 세계적 권위지인 영국왕립화학회(RSC)의 「저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 A (Journal of Materials Chemistry A)」 1월 호에 게재되었으며, 연구의 우수성을 인정받아 표지논문(Inside Back Cover)으로 선정됐다. 본 연구는 교육부 이공분야 학술연구혁신지원사업(글로컬R&D지원), 강원 RISE사업 및 한국화학연구원의 지원을 받아 수행됐다.
<출처: 강원대학교 KNU뉴스 자랑스러운 강대인(2026.1.20자)>
이번 연구는 윤덕현 교수가 교신저자로, 장소운 연구원이 제1저자로 참여했으며, 연구팀은 비료의 주원료이자 차세대 수소 운반체로 주목받는 암모니아를 기존의 탄소 배출이 많은 방식이 아닌, 폐수 속 오염물질을 활용해 친환경적으로 생산하는 기술에 주목했다.
연구팀이 제안한 기술은 폐수에 녹아있는 질산염(NO3-)을 전기화학적으로 환원하여 암모니아로 전환하는 방식으로, 청색증 등을 유발하는 질산염을 효과적으로 제거할 뿐만 아니라, 재생에너지와 연계할 경우 이산화탄소 배출 없이 ‘청정 암모니아’를 생산할 수 있다.
연구팀은 니켈 폼 지지체에 이중금속 질화물(Bimetallic Ni2Mo3N)을 담지한 신규 촉매를 개발했다. 이 촉매는 제조 과정에서 독성 가스를 배제하고 열처리 과정을 1회로 단순화해 경제성과 친환경성을 모두 확보했다. 실험 결과, 개발된 촉매는 97.72％의 높은 효율로 질산염을 암모니아로 전환했으며, 장시간 반응에서도 우수한 내구성을 입증했다.
특히, 연구팀은 실시간 분석 기법을 통해 촉매 반응의 메커니즘을 규명했다. 반응 중 형성된 비정질의 수산화니켈(Ni(OH)2) 상이 질산염을 아질산염(NO2-)으로 빠르게 전환하고, 몰리브덴-질소(Mo-N) 종이 이를 다시 암모니아로 환원시키는 시너지 효과가 높은 효율의 핵심임을 밝혀냈다.
윤덕현 교수는 “이번 연구는 골칫덩이인 폐수를 정화하면서 고부가가치 자원인 암모니아를 생산할 수 있는 ‘일석이조’의 기술”이라며 “앞으로 재생에너지 시스템과 연계하여 탄소 배출이 전혀 없는 ‘그린 암모니아’ 생산 상용화 기술로 발전시켜 나가겠다”고 밝혔다.
한편, 이번 연구 성과는 재료·화학 분야의 세계적 권위지인 영국왕립화학회(RSC)의 「저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 A (Journal of Materials Chemistry A)」 1월 호에 게재되었으며, 연구의 우수성을 인정받아 표지논문(Inside Back Cover)으로 선정됐다. 본 연구는 교육부 이공분야 학술연구혁신지원사업(글로컬R&D지원), 강원 RISE사업 및 한국화학연구원의 지원을 받아 수행됐다.
<출처: 강원대학교 KNU뉴스 자랑스러운 강대인(2026.1.20자)>