▲ 나노채널 반응기의 개념도.

천연가스, 셰일가스, 석탄 등으로부터 고효율로 합성석유를 제조할 수 있는 촉매가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국화학연구원(원장 김재현) 그린화학공정연구본부 하경수 박사팀은 ‘피셔-트롭시 합성(F-T 합성)용 나노채널 촉매 기술’을 개발했다고 22일 밝혔다.

천연가스, 바이오매스, 석탄 등을 가스화시킨 후 F-T 합성공정을 통해 디젤, 가솔린, 나프타 등 합성석유를 만들 수 있다. F-T 합성공정에는 철이나 코발트 촉매를 이용하는데 기존 촉매는 금속결정의 크기가 균일하지 않고 지지체와 금속결정간의 상호작용이 강하여 활성과 선택도가 떨어지고, 부산물의 흡착으로 활성화된 금속 결정을 비활성화시키는 단점이 있었다.

이번에 하경수 박사팀이 개발한 고성능 촉매는 구조화된 메조포어 탄소 지지체(CMK-3)에 코발트 나노 촉매를 균일하게 분산시켰다. 이에 촉매에 합성가스 및 올레핀 등의 재흡착 빈도가 매우 높아지면서 반응성이 획기적으로 증가하고, 부산물인 물의 재흡착을 억제시킴으로써 촉매의 활성을 오랫동안 유지할 수 있다.

이 촉매는 뛰어난 성능으로 제한된 반응공간에서도 생산성이 높게 유지되고, 매우 콤팩트하고 모듈형이 가능하다는 특징이 있다. 이에 해상에서 생산, 저장, 하역할 수 있는 설비가 갖춰진 해상 특수선박(FPSO)의 제한된 공간에 공장을 설치해서 해상가스전에서 직접 합성석유를 제조할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

특히 유전 개발 시 태워 버려지는 동반가스를 자원화 할 수 있어 자원을 효율적으로 개발하고 환경오염도 줄일 수 있다.

하경수 박사는 “고효율 합성석유 제조 기술이 성공적으로 개발돼 국내 원유 수입량의 10% 정도를 합성석유로 대체한다면, 연간 100억달러 정도의 에너지 수입 대체효과가 기대된다”며 “신개념 촉매와 같은 국내 독자기술 개발을 통해 합성석유 제조공정 상용화시기를 앞당길 것”이라고 포부를 밝혔다.

한편 이번 연구는 하경수 박사가 주도하고 포항공과대학교 이진우 교수가 참여했으며, 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원이 추진하는 에너지기술개발사업의 일환으로 수행됐다.

연구결과는 ‘피셔-트롭시 합성을 위한 규칙적 중형세공을 갖는 고성능 탄소 나노-채널 반응기 기술’이라는 제명으로 영국 왕립화학회의 저명한 학술지인 케미컬 커뮤니케이션(Chemical Communications) 국제판 5월호 둘째주 논문으로 게재됐다.