[파이낸셜뉴스] 김건태 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수 연구팀이 합성가스 촉매기술 개발에 성공하고 상용화 가능성이 높다는 전망이 나오면서 미코의 주가가 장중 오름세를 보이고 있다. 8일 오후 1시 5분 현재 미코는 코스닥 시장에서 전일 대비 3.32% 오른 1만900원에 거래되고 있다. 관련 업계에 따르면 김 교수팀은 이산화탄소와 메탄을 수소나 일산화탄소 등의 합성가스로 전환하는 '더 좋은 촉매기술'을 개발했다고 이날 밝혔다. 김 교수는 “그동안 온실가스를 수소로 변환하는 시도는 여러 차례 있었지만 적합한 촉매를 개발하지 못해 번번이 상업화에 실패했다”고 강조했다. 그는 이어 “이번 연구로 상업화를 위한 모든 요건을 만족한 만큼 상용화에 속도가 붙을 것”이라고 자신했다. 한 경제 매체에 따르면 합성가스 시장은 2022년 60조원로 예상되며 2028년에는 88조원 규모로 성장할 전망이다. 다만 핵심 기술은 아직 해외 기업이 보유하고 있어 국산화 수요가 높았다. 합성가스 기술의 국산화 여부에 투자자 관심이 집중되는 가운데, 이 같은 소식에 미코가 김 교수의 산학 협력 파트너로 나선 바 있어 매수세가 몰리는 것으로 풀이된다. 미코는 김 교수팀과의 협력을 위해 UNIST에 고체산화물 연료전지(SOFC)를 설치한 바 있다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 수소연구단 김우현 박사팀이 청록수소 생산과 상용화를 앞당길 수 있는 신개념 니켈-코발트 합성 촉매를 개발했다. 기존 수소 생산공정이 900도에서 이뤄지지만 새로운 촉매는 600도로 낮춰도 수소를 만들어낸다. 또한 촉매를 사용하는 시간도 90분에서 150분까지 늘어났다. 김우현 박사는 21일 "새 촉매는 수소 생산과 동시에 탄소나노튜브 생산도 가능해 생산성, 경제성 모두를 잡은 획기적 결과"라며, "향후 이 촉매가 적용된 양산 기술을 연구하고 성능 평가를 진행해 핵심 소재 기술과 반응 시스템 설계 기술을 확보할 계획"이라고 말했다. 메탄 등의 탄화수소를 분해해 나오는 청록수소는 생산 과정에서 이산화탄소를 배출하지 않는다. 청정수소 중 하나인 청록수소는 천연가스의 주성분인 메탄(CH4)을 고온의 열로 분해해 수소와 고체 탄소를 생산하는 기술이다. 화석연료로부터 수소를 생산하지만 생산 과정에서 이산화탄소가 배출되지 않아 별도의 이산화탄소 포집, 저장 과정을 거치지 않아도 청정수소를 생산할 수 있다. 하지만 청록수소 기술은 반응에 필요한 열공급 문제로 인해 상용화가 늦어지고 있다. 주로 니켈과 철 기반의 촉매로 900도 수준의 고온에서 수소가 만들어진다. 또 반응 후에 수소와 함께 생성되는 탄소의 활용 방안이 많지 않아 해결이 필요한 상황이다. 연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 니켈 기반 촉매에 코발트를 첨가했다. 코발트는 탄소 소재 제품을 생산할 때 촉매로 활용돼 전기적 활성을 강화하고 내구성을 향상 시키는 역할을 한다. 이 점을 착안해 최적화된 촉매 실험을 한 결과, 니켈과 코발트가 각각 8%, 2% 포함될 때 가장 높은 수소 생산성을 보였다. 이 촉매는 600도에서도 기존에 개발된 촉매보다 초기 30분 활성 기준 50% 이상 높게 수소를 만들어냈다. 또한 기존 촉매의 초기 활성 유지 시간이 90분인 반면, 새 촉매는 기존보다 60% 길어진 약 150분 동안 수소를 생산했다. 뿐만아니라 수소생산 반응이 일어난 후에는 촉매 표면에 탄소나노튜브가 만들어졌다. 탄소나노튜브는 이차전지의 전극 소재, 건축용 소재 등에 널리 활용되는 재료로, 수소 생산과 함께 고부가가치 탄소 물질을 생산할 수 있다는 가능성을 보였다. 한편, 연구진은 새로 개발한 수소생산 촉매를 화학 공학 분야의 세계적 권위지인 '퓨얼 프로세싱 테크놀러지(Fuel Processing Technology)'에 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국화학연구원이 HD한국조선해양㈜, HD현대중공업㈜, HD현대오일뱅크㈜, ㈜에코프로HN과 함께 개발한 메탄과 이산화탄소를 원료로 온실가스 저감 메탄올을 생산하는 공정 기술을 액화천연가스(LNG) 관련 기업 가스엔텍에 이전했다. 이 기술은 메탄올 1t 생산시 0.35t의 이산화탄소를 발생시키고, 열 효율은 66% 수준이다. 반면 기존 메탄올 상용 공정은 메탄올 1t 생산시 0.55t의 이산화탄소를 발생시키고, 열 효율은 58% 내외다. 즉 기존 기술에 비해 이산화탄소 발생은 36% 줄이고, 열 효율은 14% 향상시킨 기술이다. 14일 화학연구원에 따르면, 가스엔텍은 이번 기술 이전을 계기로 화학연구원과 협업해 선박 혹은 연안에서 천연가스(BOG) 기반 연 3~10만t 규모 메탄올 생산 플랜트 기본설계 패키지를 확보해 상용 공장 구축을 목표로 하고 있다. 도시가스의 연료로 주로 사용되는 LNG를 운송 및 운영하는 과정에서 자연적으로 증발·기화하는 천연가스(BOG)가 발생하게 된다. 화물창의 BOG 관리를 제대로 하지 못할 경우 폭발의 위험성과 상업적 손실을 발생할 수 있다. 그러므로 LNG 운영 선박 및 발전소에서는 BOG 관리가 매우 중요하다. 이에 앞서 화학연구원 전기원 박사팀이 메탄과 이산화탄소에 수증기를 섞은 혼합기체를 촉매에 통과시킴으로써 합성가스를 만드는 리포밍 신공정 기술을 개발했다. 또한 제조된 합성가스에서 메탄올을 생산하는 통합 공정도 개발해 온실가스 저감 가능 기술을 확보했다. 이후 화학연구원과 HD현대그룹은 2006년부터 2017년까지 약 10년간 공동 연구를 통해 이산화탄소 이용률을 높이는 리포밍 촉매를 자체적으로 개발했다. 또 공정 최적화 등을 통해 저탄소·저에너지·고효율 메탄올 플랜트 기술을 확보했다. 특히 하루에 메탄올 10t 생산 규모의 실증 연구를 진행했다. 대산에 위치한 HD현대오일뱅크㈜ 공장 내에 하루 10t 메탄올 실증 플랜트를 구축하고, 저탄소·저에너지형 공정 플랜트 운전 최적화를 완료했다. 이후 운전 최적화를 통해서 1년에 100만t의 메탄올을 생산하는 상용 플랜트 설계 자료를 확보했다. 한편, 화학연구원 이영국 원장은 이날 화학연구원에서 HD한국조선해양 박상민 상무, HD현대오일뱅크 한장선 부사장, ㈜에코프로HN 김승욱 이사, ㈜가스엔텍 곽정호 대표 등이 참석한 가운데 기술이전 협약식을 가졌다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

【파이낸셜뉴스 수원=장충식 기자】 국내 연구진이 이산화탄소를 통해 친환경 고분자 소재 플라스틱 PPC를 제조할 수 있는 고활성 촉매를 세계 최초로 개발하는 데 성공했다. 23일 아주대학교는 화학과 장혜영 교수팀이 이산화탄소로부터 친환경 고분자 소재인 PPC(polypropylene carbonate)를 제조할 수 있는 고활성 촉매 개발에 성공했다고 밝혔다. 해당 내용은 '박막형 아연-갈산 촉매를 활용한 이산화탄소 고분자 합성(Ultrathin Zn-Gallate Catalyst: A Remarkable Performer in CO2 and Propylene Oxide Polymerization)'이라는 제목으로 유명 학술지 'ACS 서스테이너블 케미스트리&엔지니어링(ACS Sustainable Chemistry&Engineering)' 2월 온라인판에 부표지 논문(Supplementary Journal Cover)으로 게재됐다. 이번 성과는 교내외 연구진과의 공동 연구를 통해 이루어졌으며, 촉매화학, 무기화학, 고분자화학, 재료화학, 물리학 분야의 융합 연구로 진행됐다. 아주대 이분열 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과)와 박지용 교수(물리학과·대학원 에너지시스템학과)뿐 아니라 연세대·성균관대 연구진도 참여했다. 장혜영 교수팀이 촉매·고분자 제조를 맡았고, 이분열·박지용 교수팀과 연세대·성균관대 연구팀이 촉매 및 고분자의 분석을 맡았다. 플라스틱 산업은 화석 원료를 기반으로 하기 때문에 원유 추출, 플라스틱 제조, 플라스틱 사용 및 폐기 등의 과정에서 다량의 온실가스를 배출한다. 이에 따라 현 구조의 플라스틱 산업은 지속가능한 발전에 저해가 되며, 이산화탄소 배출로 탄소 중립(Net-Zero) 문제와 충돌하고 있다.  이에 지속 가능한 탄소원인 이산화탄소로부터 플라스틱을 제조하는 기술은 환경과 경제 두 가지 측면에서 주목받고 있다. 이산화탄소로부터 PPC를 제조하는 공정의 핵심은 촉매 기술이기에 그동안 이산화탄소로부터 플라스틱의 원료인 PPC(Polypropylene carbonate)를 제조할 수 있는 다양한 종류의 균일 촉매와 불균일 촉매가 개발돼 왔다. 그러나 독성이 없고 활성과 단가를 모두 만족하여 실제 산업에 적용 가능한 촉매는 그 수가 제한되어 있다. 이 과정에서 아주대 공동 연구팀은 이산화탄소 첨가 비율이 높으면서도 활성이 매우 높은 무독성의 촉매를 세계 최초로 개발하는 데 성공했다. 장혜영 아주대 교수는 "이산화탄소 첨가 비율이 높으면서, 활성도까지 기존의 DMC 촉매 수준 으로 높은(98% 이상) 불균일 촉매를 세계 최초로 보고 했다는데 이번 연구의 의의가 있다"며 "석유화학 기반의 폴리카보네이트 플라스틱 산업을 이산화탄소 활용 친환경 고분자로 대체할 수 있는 혁신적 촉매 기술이 될 것으로 생각한다"고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단 'Carbon to X' 사업의 지원을 받아 수행됐다. jjang@fnnews.com 장충식 기자

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] 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

[파이낸셜뉴스] 임택트 투자사 인비저닝 파트너스, 유나이티드 에어라인 벤처스의 지송가능 항공펀드, 마이크로소프트(MS)의 기후혁신펀드, DSC인베스트먼트 등이 미국 카본테크에 베팅했다.  13일 투자은행(IB) 업계에 따르면 미국 뉴욕주 기반 '디멘저널 에너지(Dimensional Energy)'는 2000만달러(한화 약 260억원) 규모 시리즈A 투자를 유치했다. 인비저닝 파트너스, 유나이티드 에어라인 벤처스의 지송가능 항공펀드, 마이크로소프트(MS)의 기후혁신펀드, 록크릭 그룹(RockCreek Group)의 스마트 항공 펀드(Smart Aviation Futures Fund), DSC인베스트먼트, 델릭(Delek US), 뉴욕 벤처스(New York Ventures), 엘리멘탈 엑셀러레이터(Elemental Excelerator), 클로에 캐피탈(Chloe Capital), 미국 업스테이트 뉴욕의 비영리 벤처투자 기관인 런치뉴욕(Launch NY)이 투자다.  디멘저널 에너지는 산업공정 또는 대기로부터 포집된 이산화탄소를 재생에너지와 고효율 촉매를 사용해 지속 가능한 항공유(SAF), 재생 가능한 경유, 널리 쓰이는 산업 소재인 합성파라핀과 합성가스(syngas) 등을 생산한다. 이산화탄소를 연료로 변환하는 과정에서 추가되는 수소 역시, 재생에너지 기반의 수전해 방식으로 얻은 그린수소(생산과정에서 탄소배출이 없는 수소)로 합성해 완전한 네거티브 탄소배출을 추구할 계획이다. 디멘저널 에너지는 이번에 유치한 자금으로 자체 개발 솔루션을 상업 규모로 빠르게 스케일업하고, 고부가가치를 창출할 수 있는 다양한 사업 기회를 확대할 계획이다. 특히 탄소포집 기술을 가진 스반테(Svante)와 협력해 캐나다 소재의 라파지 리치몬드 시멘트 공장(Lafarge Richmond Cement Plant)에서 배출되는 탄소를 재생에너지를 사용해 항공연료로 전환하는 전 세계 최초의 시설을 건설할 예정이다. 뉴욕주에 일 생산 200 배럴 규모의 상업 규모 시설도 확충할 계획이다. 디멘저널 에너지의 창업자이자 CEO인 제이슨 사피(Jason Salfi)는 “산업의 속성상 탈탄소화가 어려운 분야에서 탄소포집 방식으로 공정 내 탄소배출을 감축하려는 움직임이 늘고 있다"며 “디멘저널 에너지는 배출된 탄소를 산업 현장에서 사용할 수 있는 방법을 제시할 뿐만 아니라, 포집된 탄소를 그간 화석연료로 생산해온 일상적인 제품으로 전환한다"고 말했다. 김용현 인비저닝 파트너스 대표는 “이산화탄소와 재생에너지로 생산하는 지속 가능한 항공유는 항공산업처럼 급진적인 탈탄소 전환이 어려운 분야의 탄소중립 이행을 돕는다"며 “이 분야를 선도하고 있는 디멘저널 에너지가 규모화 가능한 솔루션, 고유한 촉매 기술, 사업 개발 역량을 바탕으로 글로벌 시장에서 빠르게 성장해 나갈 것으로 기대한다"고 말했다.  ggg@fnnews.com 강구귀 기자

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 최성율·김일두 교수팀이 짧고 강한 빛으로 연료전지에 들어가는 소재를 쉽고 빠르게 만들어냈다. 연구진은 이 방법을 통해 물 분해 반응이나 가스 센서 등에 들어갈 촉매의 제조 공정 비용을 획기적으로 줄일 것으로 기대하고 있다. 6일 연구진에 따르면, 이 기술은 대면적의 빛을 활용하고 대기 중의 환경에서 매우 빠른 시간(0.02초 이내)에 고엔트로피 촉매 및 단일원자 촉매의 합성을 세계 최초로 구현한 기술이다. 광열효과가 뛰어난 탄소 나노섬유, 그래핀 산화물, 맥신(Mxene) 등 소재에 다종 금속 염을 고르게 섞어주고 빛을 쪼여준다. 이때 1800~3000도까지 표면온도가 급상승하고 매우 빠르게 온도가 내려오면서 최대 9성분계의 합금 촉매가 만들어진다. 연구진은 "합금 촉매는 연료전지, 리튬-황전지, 공기 전지, 물 분해 수소 생산 등 저장 및 발전에 광범위하게 적용되며, 비싼 백금의 사용량을 획기적으로 줄이는데 유리하다"고 설명했다. 또한 광열효과를 통해 단일원자 촉매의 신규 합성법에도 성공했다. 그래핀 산화물에 멜라민 및 금속염을 동시에 혼합해 빛을 쪼여주면 단일원자 촉매가 결합된 질소 도핑 그래핀을 합성해냈다. 백금, 코발트, 니켈 등의 다양한 단일원자 촉매가 고밀도로 결착돼 다양한 촉매 응용 분야에 활용할 수 있다. 최성율 교수는 "강한 빛을 소재에 0.02초 쪼여주면 간편한 합성기법을 통해 단일 원소 촉매부터 다성분계 금속 나노입자 촉매의 초고속, 대면적 합성을 가능하게 하는 새로운 촉매 합성 공정 플랫폼이 될 것"이라고 말했다. 특히, 김일두 교수는 "매우 빠른 승하온 속도를 기반으로 기존에 합성하기 어려웠던 고엔트로피 다성분계 촉매 입자를 대기 중 조건에서 균일하게 합성해 고성능 물 분해 촉매로 응용했다는 점에서 매우 의미있다"며, "응용 분야에 따라 촉매 원소의 크기와 조성을 자유롭게 조절해 제작할 수 있는 신개념 광 기반 복합 촉매 소재 합성 플랫폼을 구축했다"고 말했다. 이번 연구 결과는 나노 분야의 권위적인 학술지인 '어드밴스드 매트리얼즈(Advanced Materials)'에 발표됐으며, 11월호 속표지 논문에 선정됐다. 또한 '에이씨에스 나노(ACS Nano)' 12월호에 속표지 논문으로 출간될 예정이다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국표준과학연구원(KRISS) 반도체측정장비팀이 공기중 이산화질소를 1조 분의 1까지 감지하는 유해가스 센서를 개발했다. 이 센서는 대기 중 유해가스인 이산화질소를 상온에서 저전력·초고감도로 정밀 모니터링할 수 있으며, 반도체 공정 잔류가스 감지, 수전해 촉매 등에도 활용할 수 있다. 5일 연구진에 따르면 이 가스센서는 테스트를 통해 대기 중 이산화질소를 5ppb 농도까지 감지해냈다. 이를 바탕으로 계산된 센서의 감지 한계는 1.58 ppt, 즉 공기중 1조 분의 1 정도인 유해가스를 감지해 세계 최고 수준이다. 연구진은 "이 센서가 시간과 비용 측면의 경제성이 뛰어나고 우수한 분해능을 갖추고 있어, 연평균 이산화질소 농도 뿐만아니라 실시간 변화를 감지해 대기환경 개선 연구에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다. 이번에 개발한 센서는 신소재 기반의 차세대 반도체식 유해가스 센서로 성능과 실용성이 기존 센서보다 대폭 향상됐다. 화학반응감도와 선택적 감지능력이 모두 뛰어나 기존에 보고된 반도체식 센서보다 이산화질소를 60배 이상 높은 감도로 감지할 수 있다. 또 상온에서 동작 가능해 전력 소모가 적고, 최적의 반도체 제조공정으로 저온에서 대면적 합성이 가능해 제작단가도 낮다. 이 센서 기술의 핵심은 연구진이 자체 개발한 이황화몰리브덴 나노브랜치 소재다. 통상 2차원의 평면 구조로 사용되는 이황화몰리브덴 소재를 나뭇가지 형태의 3차원 구조로 합성해 민감도를 높였다. 대면적으로 균일한 소재 합성이 가능할 뿐 아니라, 추가적인 공정 없이 원료 물질에 포함된 탄소 비율을 조절하는 것만으로 3차원 구조를 만들어낼 수 있다는 것이 특징이다. 또 연구진은 "이 기술은 소재 합성 단계에서 원료 물질에 포함된 탄소 함량을 조절해 소재의 전기화학적 특성을 변화시킬 수 있다"고 설명했다. 이를 이용하면 반도체 공정의 잔류가스 등 이산회질소 외의 다른 가스를 감지하는 센서도 개발 가능하다. 소재의 우수한 화학반응성을 응용하면 수소 생산을 위한 수전해 촉매의 성능도 향상시킬 수 있다. 문지훈 선임연구원은 "기존 가스센서의 한계를 극복한 이번 기술은 정부 규제 대응을 위한 수준을 뛰어넘어 국내 대기환경 모니터링을 더 정밀한 수준으로 끌어올릴 것"이라며 "대기 중 이산화질소 모니터링 외에도 다양한 유해가스 센서 및 촉매 개발에 활용할 수 있도록 후속연구를 이어가겠다"고 밝혔다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 유해가스 감지센서를 재료과학 분야 저명 학술지 '스몰스트럭처스(Small Structures)'에 발표했다.  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