다아라 매거진 _ 2017.10

기술뉴스

[Technical News]한국연구재단, 합성가스를 청정가스로 바꾸는 촉매 개발 성공

철-지르코늄 금속산화물 촉매로 기존 철 촉매보다 활성 우수

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철-지르코늄 금속산화물의 구조 안정성을 통한 피셔-트롭쉬 반응성 증대


한국연구재단(이사장 조무제)은 배종욱 교수(성균관대) 연구팀이 제철산업의 주요 부산물인 합성가스를 청정 액체연료의 재료인 탄화수소로 바꾸는 과정에서 효율을 높일 수 있는 철-지르코늄 촉매를 개발했다고 밝혔다.

합성가스는 많은 양의 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하고 있다. 이를 GTL(Gas to Luqiud) 기술 중 하나인 피셔-트롭쉬 합성반응을 이용해 탄화수소로 만들 수 있다. 현재는 피셔-트롭쉬 반응의 효율을 높이기 위해 철 촉매를 주로 사용한다. 그러나 철의 소결현상 때문에 시간에 따라 촉매 반응이 급속도로 낮아지는 한계가 있다.

연구팀은 철에 지르코늄 금속산화물을 혼합하는 방법을 사용해 철의 소결현상을 완화시켰다. 기존 철 촉매는 반응 초기부터 서서히 반응성이 감소하는 현상이 일반적이나, 철-지르코늄 금속산화물 촉매는 60시간 이상의 반응시간에서도 안정된 반응을 보였다.

철 산화물로 이뤄진 6~7나노미터(nm) 메조 세공 격자 내에 지르코늄 금속산화물 성분을 첨가해 피셔-트롭쉬 반응용 촉매의 열적 안정성을 높였다. 이는 구조적으로 안정화된 지르코늄 산화물과 철의 강한 상호 작용 때문이다.

배종욱 교수는 “이 연구성과는 지구 온난화와 환경오염의 주범인 일산화탄소와 이산화탄소를 액체연료로 쉽게 전환할 수 있게 한다는 것”이라며, “가솔린과 디젤 등 고부가 가치의 에너지 자원을 대체 자원으로부터 직접 제조할 수 있는 기술이 될 수 있다”고 연구의 의의를 설명했다.

배 교수는 “비환원성의 지르코늄이 함유된 철 계열의 피셔-트롭쉬 반응용 촉매를 이용해 규칙적인 세공 구조를 지니는 촉매를 합성할 수 있었으며, 연구를 통해 구조 안정성 증대 및 촉매 활성 증대를 동시에 만족할 수 있는 촉매를 개발할 수 있었다”며, “연구에서는 기존의 철이 담지된 촉매와 비교해 촉매의 안정성 및 비활성화가 크게 감소해 향후 마이크로 반응기술에 활용할 수 있는 기반 기술로 전개할 수 있는 특징이 있다”고 말했다.

배 교수에 따르면, 피셔-트롭쉬 합성반응은 셰일 가스 및 제철산업에서 발생하는 부생가스를 활용해 청정 액체연료로 직접 전환할 수 있는 반응으로써 GTL(Gas-To-Liquids) 및 CTL(Coal-To-Liquids) 기술의 핵심 촉매반응 공정기술이다. 이 기술을 이용하는 경우에는 지구온난화 및 환경오염의 주범인 일산화탄소 및 이산화탄소의 저감 및 유용한 청정연료의 직접 합성이 가능해 석유대체 자원으로 활용가능하다는 장점을 지니고 있어서 향후 지속적인 연구를 통해 고유가와 석유자원의 고갈에 대비할 수 있는 촉매 반응공정 기술이 될 수 있다.

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