암모니아는 비료로서 인구의 70%의 생명을 지지하고 있으며, 그 생산량은 연간 1억 2천만 톤에 달한다.그러나 원료가 되는 수소는 화석자원을 태우는 것으로 얻고 있으며 CO3 총 배출량의 XNUMX%를 차지한다.

　따라서 CO2 배출 없이 자연에너지 발전에 의해 물을 전기분해하여 깨끗하게 수소를 얻는 방법이 생각되고 있지만, 종래의 촉매에서는 수소와 질소로부터 암모니아를 합성하는데 400℃ 정도의 고온이 필요하다.암모니아 생산에 자연 에너지의 발전량의 대부분을 소비하게 되기 때문에 수소 생산에 돌릴 수 있는 전력이 부족할 수 있다.

　그래서 본 연구에서는 저온에서 암모니아를 합성하는 촉매의 개발에 임해, 저온에서도 전자를 주는 힘이 강하다는 성질을 가지는 「수소화불소화칼슘(CaFH)」에 주목했다. CaFH와 루테늄 나노입자의 복합재 촉매를 개발한 결과, 50℃ 이하에서도 암모니아를 합성하여 실온에서도 작동하고 있는 것을 알 수 있었다.뿐만 아니라, 200℃에서의 암모니아 합성 속도조차 현재 사용되고 있는 최고 성능 촉매의 2배를 초과하고 있으며, 300℃를 초과하는 반응 온도에서도 900시간 이상 암모니아 합성 속도의 저하 없이 계속 작동한다는 안정성 도 확인되었다.

　종래의 촉매는 어떠한 개량을 실시해도 100℃ 이하에서는 전혀 작동하지 않았지만, 100℃ 이하의 실온에서도 작동하는 데다 기존의 촉매를 능가하는 성능을 가진 촉매를 낳은 본 연구 성과의 의미는 크다.암모니아 생산의 대폭적인 효율화는 물론, 자연 에너지를 사용한 CO2 배출 제로의 암모니아 생산에 길이 열렸다고 할 수 있다.

논문 정보:【nature communications】Solid solution for catalytic ammonia synthesis from nitrogen and hydrogen gases at 50 ℃