울산과학기술원(UNIST)은 백종범 에너지화학공학과 교수팀과 임한권 탄소중립대학원 교수(이하 백 교수팀)가 공동으로 65℃에서 고효율로 이산화탄소(CO₂)를 메탄(CH₄)으로 바꾸는 기계화학 공정 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.
이산화탄소를 천연가스 주 성분인 메탄으로 바꾸려면 300~500℃ 고온 공정이 필요하다.
백 교수팀이 개발한 공정 기술은 이 보다 낮은 상온에서 가능해 에너지 소비를 크게 낮출 수 있다. 해당 공정은 직경이 수 밀리미터(㎜)인 작은 쇠구슬이 들어 있는 볼밀(ball mill) 장치에 촉매와 원료를 넣고 돌리는 방식이다. 반복되는 충돌과 마찰로 촉매 표면이 활성화되면서 이산화탄소가 촉매 표면에 효율적으로 포집되고, 수소와 반응해 메탄으로 바뀐다.
백 교수팀은 65℃ 상온에서 이산화탄소 99.2%를 반응시켜 이 가운데 98.8%를 메탄으로 바꾸는데 성공했다.
연속공정으로 효율도 높였다. 연속공정은 반응이 완전히 끝나기를 기다리는 배치(batch) 방식과 달리 원료를 지속적으로 주입하는 방식으로 산업용 대량 생산에 적합하다.
공정에 사용한 촉매도 니켈과 산화지르코늄으로 저렴한 소재다. 니켈은 수소를 쪼개고, 산화지르코늄은 이산화탄소를 수소와 반응할 수 있는 활성상태로 바꾸는 역할을 한다.
백종범 교수는 “기존 고온 고압 장비 없이 현장에서 이산화탄소를 바로 메탄 연료로 바꿀 수 있어 탄소 배출 저감은 물론 장비 투자와 운송 비용까지 줄일 수 있다”며 “탄소중립에 기여할 신기술이 될 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 성과는 6월 5일자 네이처 나노테크놀로지에 실렸다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com