온실가스를 플라스틱 원료로 만든다

에너지기술연구원, 합성가스 전환 촉매 개발
기존 촉매 대비 생산성 2배·안정성 16배 향상

한국에너지기술연구원 박지찬(왼쪽) 박사와 김병현 박사가 개발한 합성가스 전환 촉매를 들어 보이고 있다. 에너지기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원은 박지찬·김병현 박사팀이 공장 굴뚝에서 뿜어져 나오는 메탄과 이산화탄소를 플라스틱 원료인 합성가스로 바꾸는 새로운 촉매를 개발했다고 27일 밝혔다. 이 새로운 촉매는 기존 촉매보다 합성가스 생산성이 2배 이상 높고, 안정성은 16배 향상됐다. 또한 연구진은 이 촉매 제조 장치를 자동화해 대량생산할 수 있게 만들었다.

온실가스 성분인 메탄과 이산화탄소를 수소와 일산화탄소로 이뤄진 합성가스로 바꾸는 기술을 '메탄 건식개질'이라 한다. 이 기술은 지금까지 고온에서 금속 촉매들이 엉겨 붙거나, 온실가스가 빠른 속도로 공급되면 촉매 표면에 탄소가 급격히 쌓여 제 역할을 하지 못하는 등의 문제 때문에 상용화로 이어지지 못했다.

연구진은 고온, 고속으로 메탄과 이산화탄소를 유입시키는 가혹한 환경에서 촉매 성능 테스트를 진행했다. 그결과 세슘이 없는 촉매는 탄소가 급격히 쌓여 100분 만에 작동이 멈췄다. 반면 세슘이 첨가된 새 촉매는 2배 넘게 250분 이상 작동하면서 합성가스를 만들어냈다. 또한 유인된 온실가스의 80% 이상을 합성가스로 바꿔냈다.

한국에너지기술연구원 박지찬 박사팀이 촉매 합성 자동화 장치로 새 촉매를 만들고 있다. 에너지기술연구원 제공

이와함께 연구진이 개발한 촉매 합성 자동화 장치는 원하는 촉매의 제조법이 완성되면 촉매 제조에 필요한 숙성, 가열, 소성 과정을 미리 설정된 값에 맞춰 자동으로 진행한다.

특히 합성가스 전환 나노촉매는 니켈 나노입자에 세슘을 고르게 첨가시켰으며, 미세한 구멍이 있는 알루미늄에 잘 담아내 만들었다.

이 장치로 만든 촉매는 100만분의 5㎜ 정도로 매우 작아 합성가스를 만드는 화학반응이 매우 잘 일어났다.

박지찬 박사는 "마치 최근 개발되고 있는 밀키트 자동요리 로봇처럼 이 장치도 재료들을 넣으면 자동으로 진행해 비전문가도 쉽고 편리하게 촉매 합성이 가능하다"고 설명했다.

한편, 연구진은 이번 촉매와 촉매 제조기술을 재료·에너지 분야 우수 국제 학술지인 '재료화학 A 저널(Journal of Materials Chemistry A)'에 발표했으며, 그 우수성을 인정받아 저널 10주년 기념 1월호 표지논문으로 선정됐다.

[e-mail] 김만기 기자

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