대기오염 주범 '질소산화물', 값 비싼 화학원료로 바꿔 쓴다

이윤호 서울대 교수 연구팀 니켈 촉매 전환 기술 개발

[아시아경제 김봉수 기자] 국내 연구진이 화력발전소나 대규모 난방시설, 제철소, 공장 등에서 열을 생산하면서 발생하는 질소산화물을 고부가가치 화학물로 전환하는 기술을 개발했다.

6일 한국연구재단에 따르면, 이윤호 서울대 교수 연구팀은 질소산화물(NOx)을 전환해 고부가가치 화학물 '옥심'을 생산할 수 있는 새로운 니켈(Ni) 촉매 반응을 개발했다.

질소산화물은 산업화로 인해 유발된 탄소 순환 불균형에 못지않게 인류의 안전한 삶을 위협하고 있다. 비료의 주원료 중 하나인 질산염(NO3-)의 경우 지하수 오염 및 해수의 녹조 현상의 원인이 되고 있다. 이산화질소(NO2), 일산화질소(NO) 및 아산화질소(N2O) 가스는 대기 오염을 유발할 뿐 아니라, 최근 문제가 되고 있는 미세먼지 생성과도 연관성이 높다. 지난 1세기 동안 진행된 비가역적 질소 고정(N2 fixation) 및 질산화반응(nitrification)의 결과다. 축적된 질소산화물은 질소 순환의 불균형을 가속화하고 있으나 질산염과 같은 질소산화물들의 회귀 공정은 미비하다.

연구팀은 기존 탈질화 반응을 업그레이드해질소산화물 전환 및 활용(NCU, NOx Conversion and Utilization)을 위한 새로운 기술을 연구했다. 자연계의 탈질화 반응에 착안해 NCU를 위한 핵심기술로 니켈 촉매를 이용해 일산화탄소를 통한 탈질화 반응과 탄소-질소(C-N) 결합 형성을 이루는 새로운 촉매 반응 개발에 성공했다.

개발한 촉매 반응은 니켈-NOx 종의 탈산화 반응 이후 탄소-질소 결합을 통해 최종적으로는 옥심(Oxime)이 생성되는 반응이다. 연구팀은 10여종의 옥심을 합성했으며, 이 물질은 다양한 유기물질로 전환 가능하고 화학산업에 널리 사용된다.

이 교수는 "니켈을 이용한 질소산화물(NOx) 전환 촉매 반응은 환경오염과 관련된 NOx 종을 전환한다"면서 "환경친화적으로 화학산업에 유용한 물질을 생산하기 위한 새로운 핵심기술을 제공한다는 면에서 중요한 의미를 갖는다"고 설명했다.

이번 연구 결과는 화학 분야 국제학술지 ‘미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)’에 지난달 14일 온라인 게재됐고, 정식 출간본 표지논문으로 선정됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr