▲ 코어-쉘 구조를 갖는 나노촉매 제조과정. 실리카-산화바나듐-알루미나 나노촉매는 실리카 입자 위에 산화바나듐 나노입자를 붙이고, 이를 원자층 증착법으로 얇은 알루미나 껍질을 씌워주어 코어-쉘 형태로 만든다.

국내 연구진이 나노기술을 적용해 메탄을 고부가가치 물질로 전환시켜주는 고성능 촉매를 개발했다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 울산과학기술원 안광진 교수 연구팀이 나노 물질로 이루어진 우수한 메탄 산화체 촉매를 개발했다고 지난 31일 밝혔다.

메탄은 천연가스 성분의 88%를 차지하지만 난방용이나 수송용 연료 등에 한정적으로 사용되고 있어 풍부한 매장량에 비해 활용가치가 뛰어나지 않다. 이를 유용한 화학물질로 변환하기 위한 시도가 있지만, 메탄의 화학구조가 안정적이어서 변환이 쉽지 않다.

연구팀은 메탄이 변환되는 높은 온도에서도 안정적으로 반응할 수 있는 촉매를 개발했다. 개발된 촉매는 600℃ 이상의 고온에서도 촉매의 구조가 안정적이고 반응성도 유지된다. 이는 촉매 기능을 하는 바나듐 나노입자가 얇은 산화알루미늄 막에 둘러싸인 형태를 가지고 있어, 내부 입자의 응집이나 구조 변형을 효과적으로 막아준 덕분이다.

이 촉매를 통해 메탄을 포름알데히드로 변환되는 효율을 기존 10% 미만에서 22% 이상으로 크게 향상시킬 수 있다. 포름알데히드는 자극성 강한 냄새의 기체로, 기능성 고분자·살균제·방부제 등의 원료로 광범위하게 이용돼 부가가치가 높다. 특히 메탄에서 포름알데히드로 변환시키는 촉매 기술은 1987년 미국에서 특허로 등록된 이후 큰 진전이 없던 고난이도 기술이다.

안광진 교수는 “나노기술을 촉매에 도입함으로써 메탄을 고부가가치의 화학물질로 변환할 때의 안정성과 효율을 획기적으로 향상시켰다”라며, “풍부한 천연자원을 활용하는 차세대 에너지 기술로서 가치가 높다”라고 연구의 의의를 밝혔다.

한편 이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 C1가스리파이너리사업 지원으로 수행됐으며 권위있는 국제학술지 저널 오브 케탈리시스(Journal of Catalysis) 10월19일 자 논문으로 게재됐고 특허출원됐다.