11월 과기인상에 최민기 교수…암모니아 합성 고성능 촉매 개발

과학기술정보통신부와 한국연구재단은 이달의 과학기술인상 11월 수상자로 최민기 한국과학기술원(KAIST) 생명과학공학과 교수를 선정했다고 5일 밝혔다.

최 교수는 친환경적 암모니아 합성을 위한 고성능 촉매를 개발한 공로를 인정받았다. 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.

최민기 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 교수. 과학기술정보통신부 제공

그러나 100여 년 전 개발돼 현재도 사용되는 하버-보슈 공정은 500℃ 이상, 100기압 이상의 고온·고압 조건을 유지하기 위해 막대한 에너지를 소모하고 상당한 양의 이산화탄소가 배출되는 한계가 있다.

최 교수는 루테늄(Ru) 촉매와 산화바륨(BaO) 조촉매를 전도성이 뛰어난 탄소 지지체에 배치하여 ‘화학 축전지’처럼 양전하와 음전하를 따로 저장하는 촉매 소재를 개발했다.

암모니아 합성 반응 도중 수소 분자가 루테늄 촉매 위에서 수소 원자로 분해되고 이 수소 원자는 양성자와 전자쌍으로 한 번 더 분해되면서 산성을 띠는 양성자는 강한 염기성을 띠는 산화바륨에 저장되고, 남은 전자는 루테늄과 탄소에 분리 저장되는 구조다.

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

해당 연구는 과기정통부 개인기초연구(중견연구자 지원)사업의 지원을 받았으며, 2월 국제학술지 ‘네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)’에 게재됐다.

최 교수는 KAIST에서 화학과 학사·석사·박사 학위과정을 이수했고, 동 대학 생명과학공학과 교수로 15년째 재직 중이다. 최 교수는 “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.

최우석 기자 [e-mail]