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기고문스케일업 사이언스, 규모의 과학기술

2023-08-09
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이재영 | ifRC-CHESS 센터장 & 광주과학기술원 교수 


촉매에 대한 새로운 과학적 발견은 주요한 문명사적 전환을 불러왔다. 식물의 성장에서 필수불가결한 질소성분은 19세기 말까지 자연으로부터 공급받았지만 그 양은 턱없이 부족했다. 1906년 독일의 과학자 프릿츠 하버와 그의 동료들은 오랜 시행착오를 통해 농업의 생산성을 획기적으로 높이게 되는 요소비료의 원료, 인공 암모니아를 촉매반응으로 합성했다. 이를 통해 식량이 풍족해지면서 지구의 인구는 가파르게 증가했고, 20세기 산업계의 패러다임을 바꾼 반도체와 함께 촉매가 인류의 삶에 영향을 주는 순간이었다.

현대 문명을 한마디로 말하면 '탄소 경제'라고 할 수 있다. 석탄, 석유, 천연가스 등 탄화수소를 통해 에너지와 각종 소재를 얻는 과정에서 지구온난화 주범인 이산화탄소 배출을 멈출 수 없다. 지구온난화를 극복하고 '수소 경제'(생산·저장·활용)를 현실화하기 위한 방안이 제시됐다. 호주에서 태양광 신재생에너지로부터 생산된 전기로 물을 분해(이하 수전해)해 고순도의 그린수소를 생산하고, 촉매반응공정을 통해 공기 중의 질소와 암모니아로 액화 합성해 일본으로 손쉽게 운반한다. 액화암모니아는 저장을 넘어 비축 측면에서 탁월한 이점을 가지고 있고, 전기화학 분해법을 이용해 생산된 초고순도 수소를 친환경 수소전기차에 적용하면 수소경제의 다른 명칭, '암모니아 경제' 패러다임이 완성된다.


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