친환경 암모니아 생산을 위한 신소재 계산적 접근법

주장미국 매사추세츠 공과대학교(Massachusetts Institute of Technology) 연구진은 암모니아 생산 과정에서 화석 연료 사용을 줄이기 위해 전기화학적 공정에 최적화된 새로운 촉매 소재를 예측하는 계산적 접근법을 개발했습니다. 기존의 시행착오 방식에서 벗어나 물리적 특성을 분석함으로써 친환경 암모니아 생산의 경제성을 확보하려는 시도입니다.

팩트암모니아는 비료 생산의 핵심 원료로 전 세계 생산량 2위를 차지하는 화학 물질입니다. 현재 암모니아 생산은 전 세계 에너지 소비의 2퍼센트, 온실가스 배출량의 1.5퍼센트를 차지하고 있습니다.

팩트현재 암모니아 생산의 대부분은 100년 넘게 사용된 하버-보슈 공정에 의존합니다. 이 공정은 화석 연료를 사용하여 고온과 고압을 유지해야 하므로 환경적 부담이 큽니다.

팩트전 세계적으로 매년 2억 톤의 암모니아가 생산되며, 인구 증가에 따른 식량 수요로 인해 암모니아의 필요성은 커지고 있습니다. 따라서 탄소 배출을 줄이면서도 생산량을 유지하거나 늘리는 것이 산업계의 과제입니다.

교차검증전기화학적 암모니아 생산 방식은 존재하지만, 현재까지 산업적 규모에서 경제성을 확보하지 못했습니다. 생산 속도와 수율이 낮아 기존 하버-보슈 공정과 경쟁하기에는 기술적 한계가 존재합니다.

팩트빌게 일디즈(Bilge Yildiz) 교수와 연구팀은 금속 질화물 화합물이 질소 환원 반응에 효과적이라는 점을 확인했습니다. 이들은 밀도 범함수 이론을 활용해 원자 배열에 따른 촉매 성능을 시뮬레이션했습니다.

주장연구팀은 촉매의 미세한 물리적 특성을 파악하여 질소 분자의 강력한 결합을 끊는 데 필요한 에너지를 줄입니다. 이는 반응 경로상의 병목 현상을 해결하여 에너지 효율을 극대화하는 전략입니다.

교차검증금속 질화물 촉매는 유망하지만, 질소 해리 및 수소 전달 과정에서 여전히 특정 단계의 제한이 존재합니다. 연구진은 기계학습을 통해 이러한 병목 현상을 극복할 수 있는 최적의 합금 조합을 찾고 있습니다.

팩트이번 연구 결과는 2026년 8월 11일 왕립화학회 저널인 이에스에스 카탈리시스(EES Catalysis)에 게재되었습니다. 콘스탄틴 아타니티스(Konstantin Atanitis), 필립 그라이코프스키(Philip Graikoski) 박사 과정생과 빌게 일디즈 교수가 공동으로 연구를 수행했습니다.

출처MIT News(https://news.mit.edu/2026/paving-way-for-greener-ammonia-production-0820) 및 EES Catalysis 학술지의 보도를 교차 검증했습니다.