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제로에너지 메탄올 합성, 햇빛 이용한 공정 개발 성공

상온에서의 메탄 활성화 공정 실마리 획득

제로에너지 메탄올 합성, 햇빛 이용한 공정 개발 성공
(왼쪽부터) 이재현 연구원, 양지우 연구원


[산업일보]
메탄은 천연가스와 셰일가스의 주성분이면서 동시에 기후변화를 일으키는 기체로, 메탄을 고부가가치 화학물질로 전환하는 공정은 지속가능한 발전을 위해 필요하다. 기존에는 메탄을 산화하기 위해 고온의 촉매반응을 이용했는데, 이 경우 큰 에너지와 대규모 공정이 필요한 것은 물론 다양한 부산물이 생성되는 한계가 있었다.

메탄은 천연가스와 셰일가스의 주성분이면서 동시에 기후변화를 일으키는 기체로, 메탄을 고부가가치 화학물질로 전환하는 공정은 지속가능한 발전을 위해 필요하다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 문준혁 교수(서강대학교) 연구팀이 전기화학적 촉매를 이용해 상온에서 메탄을 산화해 메탄올로 전환하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 산화에 사용되는 산소를 저장하고 운반하는 데 유리한 구리산화물과 세륨산화물이 혼합된 전이금속 산화물을 촉매로 이용하고, 산화반응을 촉진할 수 있는 전압을 촉매에 인가해, 상온에서도 메탄의 전환반응을 유도했다.

이를 통해 상온에서 기존 화학촉매의 전환율을 넘어서는 메탄-메탄올 전환율과 80%가 넘는 메탄올 선택도를 달성했다. 특히, 연구팀은 전압을 인가하는 데 있어 태양전지를 연결해 외부전원 공급 없이도 메탄 전환이 가능한 제로에너지 화학공정을 제시했다.

기존에는 메탄을 산화하기 위해 고온의 촉매반응을 이용했는데, 이 경우 큰 에너지와 대규모 공정이 필요한 것은 물론 다양한 부산물이 생성되는 한계가 있었다.

연구팀은 메탄의 화학적 전환에 있어 굴뚝산업으로 여겨지던 화학공정 대신 지속가능한 친환경 공정으로 대체할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

연구팀은 “과거 메탄을 이용한 메탄올의 생성은 고온 조건이 필요해 에너지 소모형 공정이었고 경제성도 낮았다. 오랜 세월 동안 다양한 고활성 화학촉매들이 개발됐지만 상온에서의 전환율은 높지 않았다”며, “본 연구에서는 전이금속 산화물 촉매와 전기화학적 반응 원리를 이용 해 상온에서 전환율 및 선택도가 모두 높은 메탄 전환 공정을 개발 했다. 특히, 태양전지를 도입해 추가적인 전원 공급이 필요 없는 제로에너지 화학 공정 개발의 가능성을 제시했다”고 말했다.
김진성 기자 weekendk@kidd.co.kr

안녕하세요~산업1부 김진성 기자입니다. 스마트공장을 포함한 우리나라 제조업 혁신 3.0을 관심깊게 살펴보고 있으며, 그 외 각종 기계분야와 전시회 산업 등에도 한 번씩 곁눈질하고 있습니다.

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