KPI뉴스 - UNIST 김건태 교수팀, 온실가스로 합성가스 전환 촉매기술 개발

  • 흐림천안19.5℃
  • 맑음서울22.3℃
  • 맑음수원20.1℃
  • 비서귀포22.7℃
  • 맑음해남21.7℃
  • 맑음의령군19.5℃
  • 맑음북창원22.6℃
  • 맑음거창18.5℃
  • 구름많음임실20.8℃
  • 맑음진주18.7℃
  • 구름많음진도군22.2℃
  • 구름많음보성군21.5℃
  • 맑음문경17.4℃
  • 맑음동두천19.4℃
  • 구름많음완도21.1℃
  • 맑음김해시21.5℃
  • 맑음대관령11.3℃
  • 비제주23.0℃
  • 맑음의성16.4℃
  • 맑음홍천17.3℃
  • 맑음인천21.4℃
  • 맑음밀양20.2℃
  • 맑음전주22.0℃
  • 맑음광양시21.6℃
  • 맑음인제16.3℃
  • 흐림보령21.4℃
  • 구름많음거제22.0℃
  • 맑음포항19.9℃
  • 구름많음울산20.7℃
  • 맑음울릉도20.0℃
  • 맑음청송군14.4℃
  • 흐림서청주21.2℃
  • 맑음동해19.0℃
  • 맑음영주15.7℃
  • 맑음제천15.6℃
  • 맑음영덕17.0℃
  • 맑음남원21.8℃
  • 흐림부여21.2℃
  • 구름많음고흥20.4℃
  • 맑음창원21.1℃
  • 맑음양산시22.7℃
  • 맑음강릉19.8℃
  • 구름많음부산22.0℃
  • 맑음부안23.0℃
  • 맑음순천17.5℃
  • 맑음속초19.6℃
  • 맑음산청19.2℃
  • 맑음울진18.8℃
  • 맑음태백11.9℃
  • 맑음경주시17.9℃
  • 흐림군산22.0℃
  • 흐림대전22.1℃
  • 맑음안동18.1℃
  • 맑음정선군13.6℃
  • 구름많음성산22.5℃
  • 맑음정읍22.9℃
  • 구름많음추풍령18.3℃
  • 구름많음강진군22.1℃
  • 맑음춘천17.9℃
  • 구름많음청주24.3℃
  • 맑음대구19.9℃
  • 맑음파주18.5℃
  • 구름많음남해20.1℃
  • 맑음양평19.1℃
  • 흐림상주19.7℃
  • 맑음고창22.8℃
  • 구름많음백령도18.0℃
  • 맑음함양군18.8℃
  • 맑음봉화12.6℃
  • 구름많음장흥21.0℃
  • 맑음원주19.5℃
  • 구름많음여수21.8℃
  • 맑음충주20.0℃
  • 흐림흑산도19.4℃
  • 맑음합천19.1℃
  • 맑음구미19.8℃
  • 맑음철원17.9℃
  • 구름많음통영20.8℃
  • 흐림세종21.1℃
  • 구름많음고산22.2℃
  • 구름많음목포22.4℃
  • 맑음영천17.2℃
  • 맑음영월15.1℃
  • 맑음북춘천17.7℃
  • 흐림장수18.8℃
  • 박무홍성20.5℃
  • 맑음강화18.5℃
  • 맑음광주22.5℃
  • 맑음영광군22.6℃
  • 구름많음보은18.3℃
  • 맑음북강릉18.2℃
  • 구름많음서산20.2℃
  • 맑음고창군22.8℃
  • 맑음순창군21.2℃
  • 맑음북부산21.6℃
  • 맑음이천18.4℃
  • 흐림금산19.7℃

UNIST 김건태 교수팀, 온실가스로 합성가스 전환 촉매기술 개발

박동욱 기자
기사승인 : 2022-06-08 09:11:33
가격 저렴하고 성능과 안정성은 높여…"상업화 여러 조건 갖춰" 온실가스를 이용해 수소나 일산화탄소처럼 유용한 가스를 만드는 '합성가스 촉매 기술'이 울산과학기술원 연구팀에 의해 개발됐다. 상업화를 위한 여러 조건도 만족해 상용화 가능성도 커졌다는 게 대학 측 설명이다.

▲ 유니스트 김건태 교수와 오진경 연구원 [울산과학기술원 제공]

UNIST(총장 이용훈)는 에너지화학공학과의 김건태 교수팀이 이산화탄소(CO₂)와 메탄(CH₄)을 수소(H₂)나 일산화탄소(CO) 등의 유용한 합성가스로 전환하는 '더 좋은 촉매 기술'을 개발했다고 8일 밝혔다.

이 촉매의 합성가스 전환효율은 95% 이상이다. 기존처럼 성능을 높이기 위해 주입하던 다른 가스가 없어도 1000시간 동안 구동할 수 있다.

합성가스는 채굴이 아닌 화학적 합성으로 확보한 가스 자원을 뜻한다. 합성가스 시장은 2022년 60조 원 규모이며, 2028년에는 88조 원 규모로 예상된다.

이처럼 시장수요는 빠르게 증가하고 있지만, 핵심기술은 해외기업이 보유하고 있어 국산화가 쉽지 않았다. 최근 국내 대기업들이 합성가스의 중요도를 체감하며, 합성가스 시장에 진출을 준비하고 있다. 

김건태 교수는 "이번에 개발한 기술은 합성가스 기술의 국산화 시도에 큰 교두보 역할을 할 것"이라며 "합성가스 생산에 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 대량 활용하는 점도 큰 특징"이라고 전했다. 

새로운 촉매는 철(Fe)과 니켈(Ni)을 바탕으로 한 전이금속이 주성분이다. 귀금속을 전혀 포함하지 않아 가격이 저렴하다.

니켈 성분은 기존처럼 덩어리(bulk) 형태가 아니라 고밀도 나노 입자로 페로브스카이트 지지체 표면에 올라오게 된다. 이 덕분에 촉매 표면에서 니켈 입자가 뭉치거나 움직이지 않아 반응성이 유지된다.

기존에는 반응성을 유지하기 위해 메탄과 이산화탄소뿐 아니라 질소나 아르곤, 헬륨, 수증기 등의 희석가스를 함께 주입했다. 그러나 이런 공정을 추가하거나 추후 가스 분리에 들어가는 비용이 많아서 상업화 측면에서 손해가 컸다.

연구진은 이런 걸림돌을 촉매 내부의 니켈 입자가 표면으로 스스로 솟아나오는 '스마트 자가재생'(용출·exsolution) 기법으로 풀었다. 촉매 표면에 새로운 니켈 나노 입자가 재생되면서 촉매 성능이 오래 유지되도록 한 것이다.

제1저자인 오진경 연구원은 "기존에 쓰이던 니켈 금속 기반의 촉매는 초기 성능이 우수하지만, 고온에서 촉매 입자끼리 뭉치고 반응을 반복할수록 고체 탄소가 촉매 표면에 쌓여(탄소 코킹) 반응성이 낮아진다"며 "이번에 개발한 촉매는 니켈 입자의 용출 현상을 이용해 이런 문제들을 해결했다"고 설명했다. 

이번 연구에는 포항공대 화학공학과 한정우 교수도 함께 참여했다. 연구 결과는 화학 분야의 세계적 권위지인 '앙게반테 케미'(Angewandte Chemie International Edition)에 5월 30일자 온라인 속보로 공개됐다. 

▲ 합성가스 촉매 기술의 개념도. 온실가스를 활용해 수소나 일산화탄소를 합성할 때 쓰이는 촉매의 개념 [울산과기원 제공]

KPI뉴스 / 박동욱 기자 pku24@kpinews.kr

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]