이론상으로 수소를 태우면 산소와 만나 물만 배출되는 것으로 알려져 있다. 이 때문에 수소를 연료로 이용해 전기 에너지를 생성하는 수소연료전지 연구가 활발하다. 물을 전기 분해해 수소를 추출하는 것은 비용은 물론 수송도 쉽지 않기 때문에, 암모니아를 이용해 수소를 운반하고 추출하기 위한 다양한 시도가 이뤄지고 있다.

미국 라이스대 화학·생체분자 공학과, 재료과학·나노 공학과, 화학과 공동 연구팀은 질산염이 포함된 폐수를 암모니아와 정제된 물로 변환할 수 있는 방법을 개발했다. 이 연구 결과는 화학 분야 국제 학술지 ‘네이처 촉매’ 8월 13일 자에 실렸다.

암모니아는 전 세계에서 가장 많이 생산되는 화학 물질 중 하나다. 비료 같은 물질 때문에 암모니아의 전 세계 연간 소비량은 1억 8000만t에 이른다. 암모니아 생산 과정은 매년 전 세계 이산화탄소 배출량의 1.4%를 차지한다. 이 과정에서 높은 온도와 압력이 사용되고 수소가 원료로 광범위하게 사용되기 때문에 연간 전 세계의 에너지 소비량 2%를 차지한다. 게다가 농업과 산업에 사용된 뒤 배출되는 폐 물질이 하천으로 흘러들면서 수자원은 질산염 유출로 오염될 수 있다.

기존 전기화학 장치는 암모니아가 혼합된 용액을 생성하고, 이 용액은 높은 농도의 전해질을 포함하고 있어야 하며, 다시 분리하는 과정이 있어야 하므로 복잡하다. 연구팀은 폐수를 암모니아와 정화된 물로 분리해 낼 수 있는 전기화학 장치를 만들었다. 질산염 폐수가 장치에 들어가면 다공성 고체 전해질 층을 지나면서 물과 암모니아 가스로 분리된다. 이 과정에서 질산염은 제거되고 추가 정화 단계 없이 암모니아 가스가 만들어지는 것이다. 특히 일반적인 산업 폐수에서 발견되는 질산염 농도서도 문제없이 정화된 물과 암모니아 가스로 분해하는 것이 관찰됐다.

연구를 이끈 왕하오텐 라이스대 교수(재료과학)는 “이번에 개발한 장치는 암모니아 생산은 물론 폐수 처리도 효과적으로 할 수 있다”라면서 “실험실 기반의 연구 결과인 만큼 실제 환경에서 적용 가능한지 추가 연구가 필요하다”라고 말했다.