니켈을 이용한 질소 업사이클링(서울대 이윤호 교수 제공) © 뉴스1

한국연구재단은 서울대 이윤호 교수 연구팀이 질소산화물(NOx)을 전환하고 고부가화할 수 있는 새로운 니켈(Ni) 촉매 반응을 개발했다고 6일 밝혔다.

산업화로 인해 유발된 탄소 순환 불균형에 못지않게 질소 순환(nitrogen cycle) 문제 또한 인류의 안전한 삶을 위협하고 있다.

비료의 주원료 중 하나인 질산염(NO₃)의 경우 지하수 오염 및 해수의 녹조 현상의 원인이 되고 있다.

또, 이산화질소(NO₂), 일산화질소(NO) 및 아산화질소(N₂O) 가스는 대기 오염을 유발할 뿐 아니라 최근 문제가 되고 있는 미세먼지 생성과도 연관성이 높다.

해당 문제들은 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.

이에 연구팀은 기존 탈질화 반응을 업그레이드해 질소산화물 전환 및 활용(NCU)을 위한 새로운 기술을 연구했다.

연구팀은 자연계의 탈질화 반응(질소순환의 최종단계)에 착안, NCU를 위한 핵심기술로 니켈 촉매를 이용했다.

일산화탄소를 통한 탈질화 반응과 탄소-질소(C-N) 결합 형성을 이루는 새로운 촉매 반응 개발에 성공한 것이다.
  
개발한 촉매 반응은 니켈-NOx 종의 탈산화 반응 이후 탄소-질소 결합을 통해 최종적으로는 옥심(Oxime)이 생성돼 이를 통해 10여종의 옥심을 합성했다.

옥심은 다양한 유기물질로 전환 가능하고 화학산업에 널리 사용되는 유용한 물질이다.

이윤호 교수는 “니켈을 이용한 질소산화물 전환 촉매 반응은 환경오염과 관련된 NOx 종을 전환해 감소시킨다”라며 “이는 환경친화적으로 화학산업에 유용한 물질을 생산하기 위한 새로운 핵심기술을 제공한다는 면에서 중요한 의미를 갖는다”고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 화학 분야 국제학술지 ‘미국화학회지’ 온라인판에 최근 공개됐다.