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NEW 이창구 교수팀, 하수·폐수 내 질소 자원화 위한 통합 공정 기술 제시
- 2026-03-23
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아주대학교 이창구 교수팀이 하수·폐수 내의 질소를 자원화 하기 위한 통합 공정 기술을 제시했다.
이창구 교수(환경안전공학과·대학원 에너지시스템학과) 연구팀은 하·폐수 내의 질소를 암모니아(NH₃) 형태로 회수하고 이를 수소(H₂) 생산으로 연계하는 통합 공정 기술을 제안했다. 이를 통해 폐수 내 질소를 자원화 함과 동시에, 탄소 배출 없는 청정에너지의 생산이 가능한 순환형 수-에너지 시스템 구현 가능성을 제시했다.
연구팀의 이번 성과는 ‘폐수 내 암모니아 가스 회수를 통한 수소 생산(Hydrogen Production from Wastewater via Ammonia Gas Recovery)’이라는 제목의 논문으로 <npj 클린 워터(npj Clean Water)>에 2월 게재됐다.
이번 연구에는 우리 학교 대학원 에너지시스템학과 및 환경연구소 연구진이 참여했으며, 이창구 교수가 교신저자로서 연구를 총괄했다. 연구팀은 다양한 공정·촉매·시스템 분석을 아우르는 융합 연구를 통해 실험적 성능과 산업 적용 가능성을 동시에 평가했다.
하·폐수에는 도시, 산업, 농업 및 매립지에서 유래한 반응성 질소가 다량 포함되어 있으나, 기존 생물학적 처리 공정은 이를 질소가스(N₂)로 전환해, 자원으로의 활용은 어렵다는 한계가 있었다. 또한 높은 에너지 소비와 온실가스인 이산화질소(N₂O) 배출 문제로 인해 지속가능성 측면에서의 한계 역시 지적되어 왔다.
이에 아주대 연구팀은 다양한 공정을 활용해 실제 폐수로부터 암모니아(NH₃)를 회수하고, 이를 촉매 분해를 통해 수소로 전환하는 전 공정 체인을 통합적으로 분석했다. 특히 기존 연구와 달리 ▲실제 폐수 기반 비교 ▲수소 생산 잠재량 정량화 ▲촉매 성능 및 경제성·환경성(LCA/TEA) 평가를 동시에 수행함으로써 공정 간 연계성과 실현 가능성을 체계적으로 규명했다.
그 결과, 폐수 유래 암모니아(NH₃)를 활용할 경우 현재 전 세계 수소 생산량의 약 43.6%에 해당하는 수준의 수소를 생산해낼 수 있는 잠재적 가능성이 있는 것으로 평가되었으며, 기존 공정(Haber–Bosch) 대비 에너지 효율 및 환경성 측면에서 경쟁력 있는 대안이 될 수 있음을 확인했다. 또한 루테늄(Ru), 니켈(Ni) 기반 촉매 비교를 통해 고효율·저비용 수소 생산을 위한 촉매 설계 방향 역시 제시했다.
특히 이번 연구는 ▲질소 회수 ▲촉매 반응 ▲공정 통합 ▲정책 및 경제성 분석을 하나의 프레임워크로 연결함으로써, 단일 기술 중심 접근을 넘어선 시스템 수준의 혁신 전략을 제시했다는 점에서 학술적·산업적 의의가 크다는 평가다.
이창구 교수는 “폐수 속 질소를 단순 제거 대상이 아닌 ‘에너지 자원’으로 전환함으로써, 탄소중립 사회를 위한 새로운 수소 생산 경로를 제시할 수 있다”라며 “앞으로 하수처리장 및 산업 현장에서 적용 가능한 분산형 수소 생산 시스템으로 확장될 수 있을 것”이라고 전했다.
* 위 사진 - 왼쪽부터 이창구 교수, 양희진 환경연구소 연구원, 정성효 석사과정 학생