▲ (左부터) 배종욱 성균관대학교 화학공학부 교수와 다공성 코발트 산화물 촉매를 합성한 나노주형 기법에 대한 모식도.

국내연구진이 수소와 일산화탄소의 혼합가스로 가솔린과 디젤 같은 액체연료의 원료를 생산할수 있는 기술을 개발했다. 온실가스를 주 원료로 활용해 지구 환경에도 큰 도움을 줄 것으로 보인다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 11일 교육부 이공학개인기초연구지원사업의 지원을 받은 배종욱 교수팀(성균관대학교)이 수소와 일산화탄소가 섞인 혼합가스로 이용해 액체연료를 생산하는데 필요한 촉매기술을 개발했다고 밝혔다.

연구팀이 개발한 기술은 합성가스를 고온(200-3500c) 및 고압(10-30bar)의 반응조건에서 다양한 탄소수 분포를 갖는 탄화수소를 생산하기 위한 ‘피셔-트롭쉬 합성반응’용 ‘다공성 혼합 산화물 촉매합성’기술이다.

가솔린과 디젤을 만드는 원료인 탄화수소를 만드는 피셔-트롭쉬 합성공정이 주목 받고 있지만 기존의 피셔-트롭쉬 합성용 촉매들은 비 규칙적인 세공구조 촉매로 엉김현상, 담지량의 한계, 탄화수소 침적으로 인한 비활성화가 문제로 지적되어 안정적이며 규칙적인 미세세공 구조를 가지는 촉매 합성 기술이 필요했다.

이에 배종욱 교수팀은 문제를 극복하기 위해 혼합 산화물의 표면에 미세한 나노 또는 메조 크기의 세공(pore)이 규칙적으로 배열되도록 촉매를 합성할 수 있는 ‘다공성 금속산화물 촉매’ 연구를 시작했다.

연구팀은 실리카 내부에 전이금속 전구체를 침투시킨 후 실리카를 제거하는 다공성 전이금속 구조체를 합성하는 나노주형기법을 이용하여 고온/고압의 수소화 반응조건에서도 안정된 다공성 구조의 코발트 혼합산화물 촉매합성기술 개발에 성공했다.

이에 따라 나노구조 촉매의 장기 안정성을 대폭적으로 향상시키는 결과를 가져오게 되어 마이크로 반응기활용에 적합한 촉매 재료로 활용할 수 있다.

특히 촉매 표면의 3차원 미세 세공들이 피셔-트롭쉬 합성반응을 통해 생성된 탄화수소의 외부 배출을 용이하게 하여 촉매 표면의 탄화수소 침적을 완화시켜 촉매 수명을 크게 늘릴 수 있음을 실험적으로 입증하였다.

배종욱 교수는“지구 온난화 주범인 이산화탄소 및 메탄을 주요 원료로 사용하여 인공 합성유 생산에 활용 가능한 촉매합성 기술로써, 향후 온실가스 등의 탄소자원을 활용할 수 있는 기술이 될 것”이라며 연구의 의미를 설명했다.

이 연구성과는 화학 분야 세계적 학술지 케미칼 커뮤니케이션즈 저널(Chemical Communications)에 4월 4일 온라인판에 게재되었다.