하버-보슈(Haber-Bosch) 공정을 통한 암모니아 비료의 대량 생산은 농업 생산성을 향상시키고 전 세계 인구 증가를 뒷받침해 왔으나, 하수에서 자연수로 배출되는 암모니아는 부영양화(eutrophication)를 유발하여 수생 생태계를 해친다. 또한 암모니아의 합성 및 제거 모두 에너지 집약적인 공정이며, 하버-보슈 공정은 세계 1차 에너지의 약 2%를 소비한다. 전기화학적 암모니아 회수(ECAmR; electrochemical ammonia recovery)는 화학 물질을 사용하지 않는 운전이 가능하고 기존의 방법에 비해 에너지 효율이 더 높다는 점에서 유망한 해결책으로 부상해 왔다. 본 리뷰에서는 암모니아 선택성에 기반한 ECAmR 전략을 그 기전에 따라 포괄적으로 개관한다: (1) pH-전이(pH-shift) 매개 시스템 수전해(WE), 양극성 막 전기투석(bipolar membrane electrodialysis, BMED) 및 (2) 전기흡착(electrosorption) 매개 시스템(축전형 탈염(capacitive deionization, CDI), 삽입(intercalation)). 이들 시스템의 우수한 성능은 낮은 에너지 소비와 70%를 초과하는 높은 제거율을 통해 검증되었으며, 운전 성능은 농도 의존적이었다. 더 나아가, 실제 하수 적용을 위한 실용적 과제를 평가하기 위해 각 시스템의 상반된 특징을 포괄적으로 분석하였다. ECAmR의 상용화를 위해서는 전극 안정성을 통한 장기 운전 확보가 필수이며, 이는 구조적 안정성의 향상과 부반응의 완화가 요구된다. 또한 ECAmR 시스템의 실용적 기술 타당성을 입증하기 위해 향후 기술경제성 분석(TEA; techno-economic analysis) 및 전과정평가(LCA; life cycle assessment) 프레임워크에 대한 지침을 제공하였다. 궁극적으로 본 연구는 ECAmR의 현재 상태를 명확히 진단하고, 지속가능한 질소 순환 시스템을 구축하기 위한 향후 연구 방향을 제시하는 것을 목표로 한다.

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