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이산화탄소를 휘발유로 직접 전환하는 '촉매기술' 개발

2019-12-10기사 편집 2019-12-10 14:15:18      주재현 기자

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첨부사진1철·구리·칼륨 촉매 표면에서 이산화탄소로부터 휘발유를 생산하는 반응을 나타낸 그림. 구리는 이산화탄소를 일산화탄소와 산소로 쪼개고, 철 표면에 흡착된 산소를 제거하는 반응을 촉진해 '이산화탄소 전환율'을 증가시킨다. 칼륨은 일산화탄소끼리 붙어서 휘발유로 전환되는 '탄화수소 성장 반응'을 촉진하는 것으로 밝혀졌다. 사진=화학연 제공

우리나라 온실가스 배출량이 지속적으로 늘어나는 가운데 국내 연구진이 온실가스의 주범인 이산화탄소를 휘발유로 전환하는 촉매 제조기술을 개발했다.

한국화학연구원은 전기원·김석기 탄소자원화연구소 박사팀이 이산화탄소를 휘발유로 직접 전환하는 반응 메커니즘을 규명, 촉매를 최적화하는 데 성공했다고 10일 밝혔다.

직접전환은 두 단계로 나눠진 간접전환을 단일 공정으로 통합한 기술이다. 간접전환에는 800℃의 고온이 요구되는 반면 직접전환은 이보다 낮은 300℃에서 이뤄져 에너지 효율이 높다. 그럼에도 불구하고 직접전환 반응 메커니즘이 밝혀지지 않아 촉매 성능 최적화에 어려움이 있었다.

전기원·김석기 박사팀은 계산과학을 이용해 직접전환 반응에 쓰이는 구리와 칼륨의 역할을 규명, 이를 바탕으로 촉매 성능을 최적화했다. 연구진은 구리가 이산화탄소를 일산화탄소와 산소로 쪼개고 철 표면에 붙은 산소를 제거하는 반응을 촉진한다는 사실을 밝혔다. 칼륨은 일산화탄소를 뭉쳐 휘발유로 전환되도록 도와준다는 것도 알아냈다.

또 직접전환 공정에 칼륨을 첨가할 경우, 철과 구리의 합금 형성을 촉진해 안정성을 높인다는 실험결과도 얻었다.

이를 통해 철 기반 촉매에 들어가는 구리와 칼륨의 적절한 양을 알아내고, 최적화된 촉매를 개발했다. 그 결과 안정적인 이산화탄소의 휘발유 전환율(20%)을 확보했다.

에너지효율이 높은 직전전환 공정을 적용할 경우 전력공급이 안정적이지 못한 환경에서도 가동될 수 있다. 태양열·풍력 등 재생에너지를 전력 공급원으로 사용할 수 있다는 의미다.

김석기 박사는 "재생에너지는 자연환경과 계절에 따라 출력량이 변동될 수 있는데, 이번에 개발된 직접전환 공정은 이러한 유동적인 환경에 적합하다"면서 "최근 보급량이 증가하고 있는 신재생에너지의 저장수단으로도 활용할 수 있다"고 설명했다.주재현 기자



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첨부사진2개발된 촉매기술을 이용해 이산화탄소에서 전환된 휘발유. 사진=화학연 제공