일본산업뉴스요약

질소가스∙물에서 암모니아 합성
 높은 활성∙속도 실현, 생물 안의 효소에 착안 

-- 도쿄대학, 상온∙상압에서의 새로운 합성 방법 개발 --
도쿄대학원 공학계 연구과의 니시바야시(西林) 교수 팀은 분자 촉매를 이용한 기존의 방법에 비해 높은 활성 및 속도로 암모니아를 합성하는 방법을 개발했다. 생물이 체내에서 암모니아를 합성할 때 이용하는 효소에 착안해 이 효소를 모방한 촉매를 설계했다. 상온∙상압의 반응 조건에서 질소가스와 물로 암모니아를 만드는데 성공한 것은 세계적으로 처음이라고 한다. 이번 성과는 25일, 영국 과학잡지 네이처에 게재된다.

연구그룹은 닛산(日産)화학과 촉매에 대한 공동 연구를 실시, 앞으로 실용화를 위해 계속 개선해나갈 예정이다.

생물의 암모니아 합성 방법은 니트로게나제(Nitrogenase)라고 하는 효소가 촉매로서 기능하고 상온∙상압의 조건에서 물이 수소원이 되어 질소가스를 암모니아로 변환시킨다.

연구팀은 생물 유래의 촉매를 모방해 질소를 암모니아로 변환하는 몰리브덴(Molybdenum)촉매를 설계. 몰리브덴 촉매와 질소가스, 물을 환원제인 요오드화 사마리움(Samarium Iodide)과 반응시키면 분자 촉매를 이용한 기존 방법의 10배인 4,000개 이상의 암모니아 분자를 만들어낼 수 있었다.

합성 속도도 빨라 1분 동안 촉매 1분자 당 100배인 120개의 암모니아분자를 합성할 수 있었으며 불순물인 수소분자 생성도 적어 90% 이상의 수량에서 암모니아를 회수할 수 있었다.

현재의 암모니아 합성 방법인 ‘하버-보슈법(Haber-Bosch process)’은 철 촉매를 이용해 400도~600도씨, 100~200기압의 조건에서 질소가스와 수소가스를 통해 암모니아를 합성한다. 수소가스는 화석연료 유래로 제조 시 많은 에너지를 소비하며 이산화탄소도 발생된다. 이 때문에 저렴하고 안전한 수소원을 이용해 상온∙상압의 조건에서 암모니아를 합성하는 방법 개발이 요구되어 왔다.

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