[데일리포스트=최율리아나 기자] 미국 예일대 연구팀이 대기 중 질소에서 암모니아 등을 생성할 수 있는 새로운 질소고정(nitrogen fixation) 방법을 개발했다고 발표했다.
연구팀은 이번 연구 성과를 염료 및 의약품 제조 기술에 응용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 논문은 국제학술지 네이처 최신호에 게재됐다.
질소고정은 공기 중에 존재하는 질소 분자(N2)를 암모니아(NH3)와 질산염(NO3-) 등 반응성이 높은 질소 화합물로 환원하는 과정이다. 자연계에서는 땅속 미생물이 공기 중의 질소를 흡수해, 글루타민산염 및 질산염 등 식물이 이용할 수 있는 형태로 변환시킨다.
또한 20세기 초에 개발된 하버법(Haber Process)은 비료 합성에 중요한 암모니아를 공업적으로 제조하는 인공적 질소고정법이다. 수소와 질소 혼합가스를 높은 온도와 압력에서 철촉매를 이용해 화학비료가 되는 암모니아로 대량 생성하는 하버법은 “물과 석탄과 공기에서 빵을 만드는 방법”으로 불리기도 했다.
예일대 화학과의 패트릭 홀랜드(Patrick L. Holland) 교수 연구팀이 발표한 것은 대기 중 질소와 원유에 포함된 벤젠을, 철 화합물과 규소 화합물을 통해 결합시켜 염료 및 의약품의 재료가 되는 아닐린(aniline) 유도체를 정제하는 질소 고정법이다.
그동안 아닐린의 공업적 합성은 벤젠에 진한 황산과 질산을 반응시켜 독성이 강한 나이트로벤젠(nitrobenzene)을 먼저 합성한 후, 아닐린으로 환원하는 방법이 주류였다. 그러나 공기 중의 질소 및 벤젠에서 아닐린을 만들 수 있다면 독성이 강한 벤젠을 굳이 합성할 필요가 없어진다.
질소와 벤젠을 반응시켜 아닐린을 합성하려는 시도는 이전에도 존재했다. 그러나 홀랜드 교수는 “기존 연구는 매우 반응성이 높은 벤젠 유도체를 사용했기 때문에 질소와 반응하기 전에 분해돼 실패에 그쳤다”고 설명했다.
홀랜드 교수는 "장기적으로 대기 중에 풍부하게 존재하는 질소를 사회가 필요로 하는 제품을 합성하기 위한 자원으로 활용하는 방법을 연구하겠다"고 언급했다.