100여년째 쓰이는 '하버 암모니아 합성법' 혁신…최민기 교수 11월 과기인상

[서울=뉴시스]윤현성 기자 = 100여년 전 개발돼 인류의 식량 문제를 극복하는 데 기여한 암모니아 대량 합성법의 한계를 극복해 낸 최민기 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 교수가 11월의 과학기술인으로 선정됐다. 100년 이상 사용되고 있는 암모니아 대량 합성법의 단점인 막대한 에너지 소모와 이산화탄소 배출 문제를 해결해 '친환경 암모니아 합성'이라는 게임체인저 기술을 만들어낸 것으로 평가됐다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단은 이달의 과학기술인상 11월 수상자로 최민기 교수를 선정했다고 5일 밝혔다.

이달의 과학기술인상은 최근 3년간 독보적인 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1000만원을 수여하는 상이다.

과기정통부와 연구재단은 과학 지식이 인류 복지에 기여하는 것을 목표로 하는 '평화와 발전을 위한 세계과학의 날(11월10일)'을 맞아 친환경적 암모니아 합성을 위한 고성능 촉매를 개발하여 탄소중립과 수소 경제 전환을 위한 핵심 기반을 마련한 최민기 교수를 수상자로 선정했다.

암모니아(NH3)는 비료와 의약품 등 필수 산업 원료일 뿐 아니라, 액화가 쉽고 수소 저장 밀도가 높아서 재생에너지 기반 수소를 장기간 저장하거나 장거리 운송할 수 있는 차세대 에너지 매개체로도 주목받고 있다.

질소-수소 반응을 통한 암모니아 대량 합성법인 '하버-보슈 공정'은 100여년 전 개발된 이후 현재까지도 사용되고 있다. 1910년대 개발돼 인류 식량 문제를 해결한 가장 중요한 화학 기술 중 하나가 현재까지도 이어지고 있는 셈이다.

하지만 하버-보슈 공정은 500℃ 이상, 100기압 이상의 고온·고압 조건을 유지하기 위해 막대한 에너지를 소모하고 상당한 양의 이산화탄소가 배출되는 한계가 있다.

최민기 교수는 이러한 한계를 개선하기 위해 루테늄(Ru) 촉매와 산화바륨(BaO) 조촉매를 전도성이 뛰어난 탄소 지지체에 배치해 '화학 축전지'처럼 양전하와 음전하를 따로 저장하는 촉매 소재를 개발했다.

이 촉매 소재는 기존 최고 수준의 촉매 대비 7배 이상 높은 암모니아 합성 성능을 보이며, 저온(300℃)·저압(10기압)의 온건한 조건에서 실질적 활용이 가능하다.

이를 통해 100년 동안 지속되어 온 공정을 뛰어넘어 친환경 암모니아 합성의 게임체인저로 역할을 할 것이 기대된다. 해당 연구는 과기정통부 개인기초연구(중견연구자 지원)사업의 지원을 받았으며 올해 2월 국제학술지 네이처 카탈리시스에 게재됐다.

최민기 교수는 KAIST에서 화학과 학사, 석사, 박사 학위과정을 이수하고 KAIST 생명과학공학과 교수로 부임한 지 15년째인 KAIST인이다. 학위과정에서 기초과학인 화학을 연구하고 독립 연구자가 된 후에는 화학공학을 접목해, 기초과학적 이해와 공학적 응용을 아우른 것이 혁신의 비결이라고 소개했다.

최민기 교수는 촉매분야의 가장 영향력 있는 저널인 ACS 카탈리시스의 편집위원으로도 활동 중이다. 그는 "이번 연구는 촉매 반응의 새로운 이론적 틀을 제시했다는 점에서 학술적으로 큰 의미가 있을 뿐만 아니라 촉매 연구의 궁극적 목적인 산업적 활용에도 중요한 전환점이 될 수 있다"며 "친환경적 암모니아 합성 기술의 실용화를 위한 연구를 지속하여 식량, 에너지, 환경 문제를 해결하는 데 기여하고 싶다"고 말했다.


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