KAIST·서울대, 메탄올 생산하는 로듐 단일 원자 촉매 개발

국내 연구진이 메탄을 이용해 메탄올·에탄 같은 화학 연료를 생산할 수 있게 하는 '로듐 단일 원자 촉매'를 개발했다. 버려지는 메탄을 활용한 촉매여서 높은 부가 가치를 창출할 수 있을 것으로 기대된다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 이현주 KAIST 생명화학공학과 교수와 이종협 서울대 화학생물공학부 교수 공동연구팀이 메탄을 메탄올이나 에탄으로 직접 전환하는 촉매 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

단일 원자 촉매의 메탄 직접 전환을 통한 메탄올 및 에탄 생산량 및 반응시간
단일 원자 촉매의 메탄 직접 전환을 통한 메탄올 및 에탄 생산량 및 반응시간

메탄은 자연에 풍부하게 존재하지만 활용도가 높지 않은 화석연료다. 원거리 수송이 어렵고 수송비가 비싸 대부분 유전에서 버려진다.

메탄을 화학물질화하기 위해서는 먼저 합성가스(H₂+CO)로 바꾼 뒤 다시 화학물질 전환 공정을 거쳐야 한다. 섭씨 800도 이상의 고온과 다단계 공정이 필요, 효율성은 극히 떨어진다.

이현주 KAIST 교수
이현주 KAIST 교수

연구팀은 귀금속인 로듐을 이용한 단일 원자 촉매로 메탄 화학물질화 효율을 극대화시켰다. 단일 원자 촉매는 촉매 금속이 분산돼 있어 모든 원자가 반응에 참여한다. 산화지르코늄 담지체(금속 원자가 뭉치지 않도록 고정시켜 주는 물질)로 촉매의 반응 효과를 높였다.

이종협 서울대 교수
이종협 서울대 교수

연구팀은 새로운 촉매를 이용하면 메탄올, 에탄 생산이 훨씬 쉬워진다고 설명했다. 액체 상태의 메탄은 100도 이하의 저온 단일 공정으로 메탄올로의 전환이 가능하다. 기체 상태의 메탄은 300도 이하의 저온 공정으로 에탄화할 수 있다. 기존 공정보다 매우 낮은 온도에서 메탄을 전환, 에너지 효율이 높다.

이현주 교수는 “이 연구는 원자 단위의 촉매·메탄 상호작용을 이용, 메탄을 직접 전환하는 기술”이라면서 “메탄 직접 전환, 단일 원자 촉매 원천 기술 확보로 다양한 화학 원료 전환 기술 개발의 토대가 될 것”이라고 의미를 뒀다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com