유럽연합(EU)으로 수출하는 제품에 탄소세를 부과키로 한 시한이 2년 앞으로 다가온 가운데 국내 기업과 출연연구기관에서 건식개질 탄소포집활용(CCU) 플랜트 상용화를 준비하고 있다. 이 플랜트 시설은 공장에서 나오는 이산화탄소를 모아서 가져와 석유화학제품 원료로 만든다. ■연간 8000t 일산화탄소 생산한국화학연구원 장태선 박사는 21일 "정부가 오는 2030년 탄소 배출량을 2018년 대비 40% 감축하는 내용을 담은 감축목표(NDC) 시기가 6년 앞으로 다가왔지만 아직까지 이에 대한 뚜렷한 방안이 없는 상태"라며 "이 때문에 석유화학, 제철, 자동차, 시멘트, 정밀화학 등 국내 대기업들 상당수가 이 시설에 관심을 보이고 있다"고 말했다. 이어 "미국이 아직까지 탄소세에 대해 언급하고 있지 않지만 탄소배출 감축에 대한 방안을 마련하면 곧 EU처럼 같은 제도를 만들어 시행할 것"이라며 "미국 정부가 우리에게 함께 연구개발하자고 했지만 거절했다"고 말했다. 지난해 6월 부흥산업사가 화학연구원의 기술을 이전받아 울산산업단지 내에 세계 최대 규모 CCU 플랜트를 구축했다. 이 플랜트는 이산화탄소 활용 규모가 연간 약 8000t으로 현재 운전 최적화 과정 중이다. 일산화탄소는 전혀 새로운 물질이 아니라 지금도 여러가지 석유화학제품을 만들때 사용하고 있다. 원유를 수입해 연료가 되는 가솔린, 경유 등을 분리한 뒤 많이 남는 물질이 납사(Naphta)다. 이 납사를 분해해 다양한 화학제품 원료를 만들게 되며, 합성가스도 그 과정에서 얻게 된다. 예를 들어 방음벽·여행가방 등 용도의 폴리카보네이트, 자동차 내장재·운동화 등 용도의 폴리우레탄 등이 합성가스를 통해 제조되고 있다. 현재 이 시설은 동서발전소에서 모은 이산화탄소와 도시가스(LNG)원료로 사용해 합성가스를 만들고 있다. 향후 울산산업단지의 발전소나 산업체 공장에서 나오는 일산화탄소, 음식물 쓰레기 매립지에서 발생하는 메탄을 원료로 활용할 계획이다. 장태선 박사는 "상용화를 위해서는 365일 가동할 수 있어야 하는데, 각 운전 과정에 대한 최적화 및 운전 매뉴얼을 만들고 있다"고 설명했다. 플랜트에 이산화탄소와 메탄을 넣은 뒤 반응을 거치면서 합성가스가 나온다. 이때 들어간 원료가 100% 만들어지는 경우는 거의 없어 반복 운전하면서 분리하는 과정을 되풀이해야 한다. 상용화를 위해서는 365일 이런 반복 과정이 이뤄져야 생산 플랜트로서 가치가 있다. ■150년된 석유화학공정 전환 임박정부가 발표한 '국가 탄소중립·녹색성장 기본계획안'에 따르면 국가온실가스감축목표(NDC)를 2030년까지 2018년 배출량(7억2760만t) 대비 40%인 2억9104만t을 감축해야 한다. 특히 산업 부문에서는 철강 공정 전환, 석유화학 원료 전환 등을 통해 총 2억2260만t을 줄이기로 했다. 국내 탄소배출량은 연간 총 7억t 중 철강이 39%로 가장 많고, 석유화학 18%, 시멘트 13%, 정유 7% 순이다. 이에 따라 기후변화를 극복하기 위해 150년간 지속해왔던 석유화학산업이 대전환의 시기에 직면했다. 탄소배출을 줄이기 위해서는 지금까지 해왔던 여러 산업 공정이 개선돼야 하기 때문이다. 지금 사용하고 있는 공정이 이산화탄소가 너무 많이 나오다보니 새로운 공정으로 대체하려는 노력은 끊임없이 진행돼왔다. 장 박사는 "의도치 않는 부산물들이 너무 많이 나오다 보니 지금까지 바꾸지 못한 것"이라고 설명했다. 국내 대기업은 물론 미국과 사우디, 중국, 일본, 독일 등의 다국적 기업들과 국가들도 CCU 플랜트에 관심이 많다. 장 박사는 "기업들이 탄소배출 문제를 해결할 수 있는 뚜렷한 해법이 없어 기술성숙도가 높고, 파급효과가 큰 이 기술에 관심 갖고 있다"고 말했다. 아울러 화학연구원은 정부 지원을 받아 전남 여수에 CCU 기술 실증센터를 구축하고 있다. 현재 1차 '석유화학촉매공정 실증시설'이 지난해 말 완공돼 개소를 준비 중이며, 2차 'CCU실증지원시설'은 당초 예정했던 2026년에서 앞당겨 올해말 주요 설비가 구축될 예정이다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

【파이낸셜뉴스 울산=최수상 기자】 울산에 세계 최대 규모의 이산화탄소(CO2) 개질 플랜트가 구축돼 관심을 모으고 있다. 한국화학연구원은 5일 울산산단 내 ㈜부흥산업사 울산공장에서 ‘CO2 활용 건식개질 플랜트’ 완공식을 개최했다. 이곳에서는 오는 2024년부터 CCU(Carbon Capture and Utilization, 탄소 포집 및 활용) 제품을 본격 생산된다. ㈜부흥산업사는 후속 연구를 통해서 촉매 효율을 높이고 공정을 최적화해 경제성을 확보할 계획이다. 그 외에도 제조된 합성가스를 활용해 초산, 메탄올, 디메틸카보네이트를 제조하는 등 다양한 분야에 응용하기 위한 준비도 지속 진행 중이다. 이번 ‘CO2 활용 건식개질 플랜트’ 완공식이 이목을 끄는 것은 탄소중립이 기후변화 문제를 넘어 국내 산업 경제를 위협하는 등 위기 상황에 놓여 있기 때문이다. 다행히 한국화학연구원 CO2에너지연구센터 장태선 박사 연구팀이 이산화탄소를 석유화학 원료인 합성가스(H2, CO)로 전환하는 기술의 실증화에 성공했고, 이를 이전 받은 ㈜부흥산업사가 이번에 연간 8000t의 합성가스 생산이 가능한 플랜트를 구축한 것이다. 한국화학연구원에 따르면 플라스틱 등 다양한 화학원료의 필수적인 핵심 물질이다. 하지만 석유화학 산업에서 합성가스를 생산하고 있는 기존의 기술들은 모두 온실가스를 대량으로 배출하는 문제점이 있다. 따라서 기존 기술 대비 온실가스를 획기적으로 줄일 수 있는 ‘온실가스 감축형 합성가스 제조기술’이 필요한 상황이다. 이에 장태선 박사 연구팀은 이산화탄소를 합성가스로 제조하는 건식개질 기술의 핵심 원천촉매 및 공정을 개발, 세계 최고의 온실가스 감축효과를 보이는 합성가스 제조 기술을 확보했다. 기존의 건식개질 기술은 반응 중 탄소 입자 생성에 의한 촉매 비활성화로 인해 상용화가 어려워 지난 100여 년 동안 석유화학 산업의 오랜 숙제로 남아있었는데, 연구팀은 탄소생성이 크게 억제된 세계 최고 수준의 실증 촉매 및 맞춤형 공정을 개발한 것이다. 한국화학연구원 관계자는 "이번 연구 성과는 화학 분야 유일 정부출연연구기관인 화학연과 국내 CCU 전문기업인 ㈜부흥산업사와의 오랜 공동연구를 통해 이뤄낸 쾌거이다"라며 "특히 소재에서부터 공정에 이르기까지 순수 국내 기술로 개발되었기에 더욱 의미가 있는 것으로 평가된다"라고 말했다. 한편 이날 완공식에는 안효대 울산시 경제부시장, 이영국 한국화학연구원 원장, 울산 항만공사 부사장, 한국동서발전 탄소중립실장, 미래기술융합원 원장 등 관계 기관 인사들이 참석해 축하를 전했다. 이영국 원장은 “이번 세계 최대 규모 이산화탄소 활용 건식개질 플랜트는 핵심 촉매와 공정개발 모두 국내 기술로 확보했다는 점에서 의의가 있으며, CCU 기술이 탄소중립 실현에 실질적으로 기여할 수 있음을 보여주는 좋은 사례가 될 것으로 기대한다”라고 말했다. ulsan@fnnews.com 최수상 기자

[파이낸셜뉴스] 유럽연합(EU)으로 수출하는 제품에 탄소세를 부과키로 한 시한이 2년 앞으로 다가온 가운데 국내 기업과 출연연구기관에서 건식개질 탄소포집활용(CCU) 플랜트 상용화를 준비하고 있다. 이 플랜트 시설은 공장에서 나오는 이산화탄소를 모아서 가져와 석유화학제품 원료로 만든다. 연간 8000t 일산화탄소 생산 한국화학연구원 장태선 박사는 21일 "정부가 오는 2030년 탄소 배출량을 2018년 대비 40% 감축하는 내용을 담은 감축목표(NDC) 시기가 6년 앞으로 다가왔지만 아직까지 이에 대한 뚜렷한 방안이 없는 상태"라며 "이 때문에 석유화학, 제철, 자동차, 시멘트, 정밀화학 등 국내 대기업들 상당수가 이 시설에 관심을 보이고 있다"고 말했다. 이어 "미국이 아직까지 탄소세에 대해 언급하고 있지 않지만 탄소배출 감축에 대한 방안을 마련하면 곧 EU처럼 같은 제도를 만들어 시행할 것"이라며 "미국 정부가 우리에게 함께 연구개발하자고 했지만 거절했다"고 말했다. 지난해 6월 부흥산업사가 화학연구원의 기술을 이전받아 울산산업단지 내에 세계 최대 규모 CCU 플랜트를 구축했다. 이 플랜트는 이산화탄소 활용 규모가 연간 약 8000t으로 현재 운전 최적화 과정 중이다. 일산화탄소는 전혀 새로운 물질이 아니라 지금도 여러가지 석유화학제품을 만들때 사용하고 있다. 원유를 수입해 연료가 되는 가솔린, 경유 등을 분리한 뒤 많이 남는 물질이 납사(Naphta)다. 이 납사를 분해해 다양한 화학제품 원료를 만들게 되며, 합성가스도 그 과정에서 얻게 된다. 예를 들어 방음벽·여행가방 등 용도의 폴리카보네이트, 자동차 내장재·운동화 등 용도의 폴리우레탄 등이 합성가스를 통해 제조되고 있다. 현재 이 시설은 동서발전소에서 모은 이산화탄소와 도시가스(LNG)원료로 사용해 합성가스를 만들고 있다. 향후 울산산업단지의 발전소나 산업체 공장에서 나오는 일산화탄소, 음식물 쓰레기 매립지에서 발생하는 메탄을 원료로 활용할 계획이다. 장태선 박사는 "상용화를 위해서는 365일 가동할 수 있어야 하는데, 각 운전 과정에 대한 최적화 및 운전 매뉴얼을 만들고 있다"고 설명했다. 플랜트에 이산화탄소와 메탄을 넣은 뒤 반응을 거치면서 합성가스가 나온다. 이때 들어간 원료가 100% 만들어지는 경우는 거의 없어 반복 운전하면서 분리하는 과정을 되풀이해야 한다. 상용화를 위해서는 365일 이런 반복 과정이 이뤄져야 생산 플랜트로서 가치가 있다. 150년된 석유화학공정 전환 임박 정부가 발표한 '국가 탄소중립·녹색성장 기본계획안'에 따르면 국가온실가스감축목표(NDC)를 2030년까지 2018년 배출량(7억2760만t) 대비 40%인 2억9104만t을 감축해야 한다. 특히 산업 부문에서는 철강 공정 전환, 석유화학 원료 전환 등을 통해 총 2억2260만t을 줄이기로 했다. 국내 탄소배출량은 연간 총 7억t 중 철강이 39%로 가장 많고, 석유화학 18%, 시멘트 13%, 정유 7% 순이다. 이에 따라 기후변화를 극복하기 위해 150년간 지속해왔던 석유화학산업이 대전환의 시기에 직면했다. 탄소배출을 줄이기 위해서는 지금까지 해왔던 여러 산업 공정이 개선돼야 하기 때문이다. 지금 사용하고 있는 공정이 이산화탄소가 너무 많이 나오다보니 새로운 공정으로 대체하려는 노력은 끊임없이 진행돼왔다. 장 박사는 "의도치 않는 부산물들이 너무 많이 나오다 보니 지금까지 바꾸지 못한 것"이라고 설명했다. 국내 대기업은 물론 미국과 사우디, 중국, 일본, 독일 등의 다국적 기업들과 국가들도 CCU 플랜트에 관심이 많다. 장 박사는 "기업들이 탄소배출 문제를 해결할 수 있는 뚜렷한 해법이 없어 기술성숙도가 높고, 파급효과가 큰 이 기술에 관심 갖고 있다"고 말했다.  아울러 화학연구원은 정부 지원을 받아 전남 여수에 CCU 기술 실증센터를 구축하고 있다. 현재 1차 '석유화학촉매공정 실증시설'이 지난해 말 완공돼 개소를 준비 중이며, 2차 'CCU실증지원시설'은 당초 예정했던 2026년에서 앞당겨 올해말 주요 설비가 구축될 예정이다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

울산에 이산화탄소로 석유화학 원료인 합성가스를 생산해 내는 세계 최대 규모의 이산화탄소(CO₂) 활용 건식개질 플랜트가 완공됐다. 연간 8000t의 일산화탄소와 수소를 만들어낸다. 합성가스를 만들어내는 만큼 이산화탄소를 감축할 수 있어 국내 석유화학 산업의 경쟁력을 향상시키고 탄소중립과 기후변화 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다. 5일 한국화학연구원에 따르면 부흥산업사가 기술을 이전받아 울산산업단지내 플랜트를 구축했다. 부흥산업사 측은 이번에 완공된 플랜트 운영을 통해 화학연구원과 상용화를 위한 막바지 연구를 진행하고, 2024년부터는 이산화탄소 포집·활용(CCU) 제품을 본격적으로 생산할 계획이다. 화학연구원 측은 "이 플랜트가 소재에서부터 공정에 이르기까지 순수 국내 기술로 개발한 것이어서 더욱 의미가 있다"고 평가했다. 부흥산업사의 플랜트에 적용된 기술은 이산화탄소로부터 석유화학 플랫폼 화합물인 합성가스를 생산할 수 있는 핵심 실증촉매와 공정기술로 화학연구원 이산화탄소에너지연구센터 장태선 박사팀이 개발했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 울산에 이산화탄소로 석유화학 원료인 합성가스를 생산해 내는 세계 최대 규모의 이산화탄소(CO₂) 활용 건식개질 플랜트가 완공됐다. 연간 8000t의 일산화탄소와 수소를 만들어낸다. 합성가스를 만들어내는 만큼 이산화탄소를 감축할 수 있어 국내 석유화학 산업의 경쟁력을 향상시키고 탄소중립과 기후변화 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다. 5일 한국화학연구원에 따르면 부흥산업사가 기술을 이전받아 울산산업단지내 플랜트를 구축했다. 부흥산업사 측은 이번에 완공된 플랜트 운영을 통해 화학연구원과 상용화를 위한 막바지 연구를 진행하고, 2024년부터는 이산화탄소 포집·활용(CCU) 제품을 본격적으로 생산할 계획이다. 화학연구원 측은 "이 플랜트가 소재에서부터 공정에 이르기까지 순수 국내 기술로 개발한 것이어서 더욱 의미가 있다"고 평가했다. 부흥산업사의 플랜트에 적용된 기술은 이산화탄소로부터 석유화학 플랫폼 화합물인 합성가스를 생산할 수 있는 핵심 실증촉매와 공정기술로 화학연구원 이산화탄소에너지연구센터 장태선 박사팀이 개발했다.  수소와 일산화탄소로 이뤄진 합성가스는 암모니아, 알코올, 플라스틱 등 다양한 화학원료의 필수 물질이다. 하지만 현재 석유화학 산업에서 합성가스 생산 기술들은 모두 온실가스를 대량으로 배출하고 있다. 이 때문에 기존 기술 대비 온실가스를 획기적으로 줄일 수 있는 '온실가스 감축형 합성가스 제조기술'이 필요하다. 연구진은 이산화탄소를 합성가스로 제조하는 건식개질 기술의 핵심 원천촉매 및 공정을 개발, 세계 최고의 온실가스 감축효과를 보이는 합성가스 제조 기술을 확보했다. 지금까지의 건식개질 기술은 합성가스를 만들어낼때 쓰이는 촉매가 오래 버티지 못해 상용화가 어려웠다. 연구진은 합성가스 제조 공정에 약 1만 시간 가량을 적용할 수 있는 안정한 촉매를 확보했다. 이를 통해 약 1t의 일산화탄소를 생산하면 약 1.053t의 이산화탄소를 감축할 수 있게 됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

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. 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. 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. 김만기 기자

[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.  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. 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.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

LG화학은 공장에서 포집한 이산화탄소와 부생가스인 메탄을 사용해 플라스틱을 만드는 메탄건식개질(DRM)설비를 구축한다고 17일 밝혔다. DRM은 이산화탄소 포집·활용(CCU) 기술의 한 종류로 기존 이산화탄소 배출량을 50% 이상 저감하고 주요 플라스틱 원료를 생산하는 탄소저감 설비다. LG화학은 이번 DRM 공장을 외부 라이선스 기술이 아닌 자체 기술로 구축하고 이산화탄소 전환에 핵심이 되는 촉매까지 독자 기술로 개발했다. DRM 설비는 2023년까지 충남 대산 공장에 1000t 파일럿 공장으로 건설 후 독자기술로 개발된 공정 기술과 촉매를 검증하고 2026년까지 규모를 지속해서 확대할 계획이다. kim091@fnnews.com 김영권 기자

[파이낸셜뉴스] LG화학은 공장에서 포집한 이산화탄소와 부생가스인 메탄을 사용해 플라스틱을 만드는 메탄건식개질(DRM)설비를 구축한다고 17일 밝혔다. DRM은 이산화탄소 포집·활용(CCU) 기술의 한 종류로 기존 이산화탄소 배출량을 50% 이상 저감하고 주요 플라스틱 원료를 생산하는 탄소저감 설비다. LG화학은 이번 DRM 공장을 외부 라이선스 기술이 아닌 자체 기술로 구축하고 이산화탄소 전환에 핵심이 되는 촉매까지 독자 기술로 개발했다. 자체 기술 기반의 공정과 촉매까지 적용으로 DRM 설비를 상업화하는 것은 LG화학이 국내 최초라는 설명이다. 지금까지 DRM은 운전 시 촉매 성능이 빠르게 낮아지는 문제로 상업화가 어려웠다. LG화학은 이러한 문제점을 보완하기 위해 독자 개발한 공정과 촉매 기술을 적용하여 촉매의 내구성을 획기적으로 강화했다. DRM 설비는 2023년까지 충남 대산 공장에 1000t 파일럿 공장으로 건설 후 독자기술로 개발된 공정 기술과 촉매를 검증하고 2026년까지 규모를 지속해서 확대할 계획이다. LG화학은 지난 2019년 고부가 사업인 촉매 생산 기술을 내재화하기 위해 촉매 사업을 담당하는 조직을 신설했다. 특히 친환경 주력 제품인 폴리올레핀엘라스토머(POE), 탄소나노튜브(CNT) 등 생산에 필수적인 촉매를 독자 기술로 개발해 출시했고 신촉매 연구개발(R&D)을 지속하고 있다. 노국래 석유화학사업본부장은 “LG화학은 전통적인 석유화학 산업 구조에 머무르지 않고 전 세계 화학산업의 탄소 저감 및 지속 가능한 혁신 기술을 선도하기 위한 노력을 지속하고 있다”고 말했다. kim091@fnnews.com 김영권 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 온실가스로 수소를 만드는 촉매를 개발했다. 연구진은 수소가 더 빨리 만들어지게 하기 위해 최초로 '금속삼합'으로 촉매를 만들었다. 그결과 기존의 촉매보다 반응성이 84% 이상 향상됐으며 350시간 이상 성능이 유지됐다. 이번 개발한 촉매는 이산화탄소와 메탄을 없애면서 친환경 원료를 생산하는 1석2조의 기술이라고 연구진은 설명했다. 울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학부 김건태 교수팀이 합금 나노입자에 금속 원소 3개를 섞어 수소를 만들어내는 촉매를 개발했다고 10일 밝혔다. 이 촉매는 메탄과 이산화탄소를 화학 반응시켜 수소와 공업 원료인 일산화탄소를 생산해 낼 수 있다. 연구진이 개발한 촉매를 사용한 결과 촉매 1g으로 900도에서 초당 약 1.2x1000경 개의 메탄 분자를 변환했다. 연구진은 이는 한종류로 만든 촉매보다 약 84.8% 증가한 것이라고 설명했다. 또한 750도에서 약 350시간이 넘는 시간 동안 잘 작동하는 안정성을 보였다고 덧붙였다. 연구진이 개발한 촉매는 삼상 합금 나노입자가 촉매 표면에 돋아난 형태다. 합금 나노입자에 코발트, 니켈, 철 금속 원소 3개가 섞여 있어 기존 촉매보다 메탄 분해 반응을 더 잘 일어난다. 제1저자인 주상욱 연구원은 "합금 나노입자가 메탄의 화학결합을 더 느슨하게 만들어 분해를 촉진 한다"며 "이는 철이 첨가되면서 나타난 합금 나노입자의 전자 구조 변화때문"이라고 설명했다. 일반적으로 건식 메탈 개질 반응에는 니켈 금속 기반 촉매를 쓴다. 성능은 좋지만 고온에서 촉매 입자끼리 뭉치는 현상과 반응을 반복할수록 고체 탄소가 촉매 표면에 쌓이는 문제가 있다. 연구진이 개발한 촉매는 '스마트 자가재생 촉매'의 한 종류다. 촉매 입자 내부의 금속 원소가 반응을 반복하면 표면으로 솟아오르는 용출 현상을 이용하는 촉매다. 표면이 새로운 금속 나노 입자로 재생되면서 촉매 성능을 오래 유지 할 수 있다. 특히 니켈 또는 코발트 금속을 용출 시키면 이 둘이 나노 입자 합금을 만들어 성능이 뛰어나다. 이번 연구에서는 촉매 입자 표면에 철을 얇게 입혀 니켈과 코발트 금속을 표면으로 더 잘 올라오게 만들었다. 또 용출된 니켈, 코발트 입자가 철과 섞여 새로운 삼상 합금이 형성돼 성능이 더 좋아졌다. 삼상 합금이 발견 된 것은 최초다. 오진경 연구원은 "새로 개발한 방법을 이용해 삼상 촉매를 만들 수 있을 뿐만 아니라, 단위 면적 당 약 200개가 넘는 합금 나노 촉매 입자를 만들어 건식 개질 촉매 반응성을 높일 수 있었다"고 전했다. 김건태 교수는 "메탄 건식 개질 반응을 통해 안정적으로 합성가스와 수소를 생산하려면 촉매의 활성과 안정성이 뒷받침돼야 한다"며 "두 가지 조건을 동시에 만족하는 촉매 물질을 개발한 이번 연구는 메탄 건식 개질 상용화에 기여할 것"이라고 전망했다. 이번 연구는 포항공대 화학공학과 한정우 교수도 함께 참여했다. 연구결과는 화학분야 세계적 권위지인 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)'에 지난 5월 7일일자로 온라인 공개돼 정식출판을 앞두고 있다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자