환경오염 주범 탄소→액체연료 바꾸는 교효율 촉매 개발

성균관대 배종욱 연구팀 "대체자원으로 가솔린·디젤 제조 가능"

▲철-지르코늄 화합물 촉매를 적용하자 촉매반응이 높아지고 있다.

[에너지경제신문 김민준 기자] 제철산업의 주요 부산물인 ‘합성가스(Syngas)’를 청정 액체연료의 재료인 탄화수소로 바꾸는 과정에서 효율을 높일 수 있는 철-지르코늄 촉매를 국내 연구진이 개발했다. 이 기술은 지구 온난화와 환경오염의 주범인 일산화탄소와 이산화탄소를 가솔린이나 디젤과 같은 액체연료로 쉽게 전환할 수 있게 한다는 점에서 주목된다.

한국연구재단은 성균관대 배종욱 교수 연구팀이 합성가스를 청정 연료로 전환하는 데 쓰이는 고효율 촉매를 개발했다고 30일 밝혔다. 합성가스는 천연가스 등의 탄소 공급원을 수증기나 이산화탄소 등과 고온에서 결합해 생성된다. 합성가스는 많은 양의 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하고 있는 데, 이를 GTL(Gas to Luqiud) 기술 중 하나인 피셔-트롭쉬 합성반응(촉매를 사용해 고온·고압 조건에서 합성가스로부터 탄화수소를 합성하는 방법)을 이용해 청정연료인 탄화수소로 만들 수 있다.

현재는 피셔-트롭쉬 반응의 효율을 높이기 위해 철 촉매를 주로 사용한다. 그러나 철의 소결현상(작은 입자들이 응집해 큰 입자를 형성하는 것) 때문에 시간에 따라 촉매 반응이 급속도로 낮아지는 한계가 있다.

▲배종욱 성균관대 교수

배종욱 교수 연구팀은 철에 지르코늄 금속산화물을 혼합하는 방법을 사용해 철의 소결현상을 완화시켰다. 기존 철 촉매는 반응 초기부터 서서히 반응성이 감소하는 현상이 일반적이지만, 철-지르코늄 금속산화물 촉매는 60시간 이상의 반응시간에서도 안정된 반응을 보였다. 이는 구조적으로 안정화된 지르코늄 산화물과 철의 강한 상호작용 때문이라고 연구팀은 설명했다.

배종욱 교수는 "이번 연구로 지구 온난화와 환경오염의 주범인 일산화탄소와 이산화탄소를 액체연료로 쉽게 전환할 수 있게 됐다"며 "가솔린과 디젤 등 고부가 가치의 에너지 자원을 대체 자원으로부터 직접 제조할 수 있는 기술"이라고 했다.

이번 연구 성과는 화학 분야 국제학술지 ‘에이씨에스 캐털리시스’(ACS Catalysis) 지난달 27일 자에 실렸다.