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에너지기술연, 메탄을 고부가가치 석유화학 원료로 전환하는 촉매기술 개발

기사입력 : 2021년06월10일 12:00

최종수정 : 2021년06월10일 12:00

질소도핑 기술로 산화반응 억제 및 에틸렌 선택도 극대화

[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 국내 연구진이 2050 탄소중립을 위해 온실가스인 메탄을 고부가가치 석유화학 원요로 전환하는 촉매원천기술을 개발하는 데 성공했다.

한국에너지기술연구원은 에너지소재연구실 김희연 박사 연구팀이 메탄을 원료로 사용해 석유화학의 '쌀'로 불리는 에틸렌의 수율을 극대화 할 수 있는 새로운 '질소 도핑' 기술이 적용된 촉매를 개발했다고 10일 밝혔다.

메탄직접전환용 텅스텐계 촉매 모델촉매(사진 왼쪽), 질소가 도핑된 촉매(사진 오른쪽) [자료=한국에너지기술연구원] 2021.06.10 biggerthanseoul@newspim.com

메탄으로부터 부분산화 된 일산화탄소를 생산해 다양한 고부가 화학제품을 생산하는 간접전환기술은 오래전에 상용화됐지만, 높은 에너지가 필요하고 효율이 낮다는 단점이 있다. 이와 달리 촉매반응을 통해 메탄과 산소가 직접 에틸렌과 에탄으로 전환되는 직접전환기술은 공정이 단순하지만 지금까지 촉매반응 경로가 명확히 규명되지 않았고 최적의 촉매구조나 조성이 제시된 바 없다.

메탄의 직접전환을 위해 현재까지 개발된 촉매로는 실리카에 담지된 Mn-NaW 계열의 촉매가 가장 성능과 내구성이 우수한 것으로 알려져 있다. 다만, 에틸렌과 같은 유용한 화합물로의 전환율을 높이고 경제성 있는 수율을 얻기 위해서는 촉매 성능의 추가적 개선이 요구되고 있다.

연구팀은 반응물인 메탄의 전환율을 향상시키고 부반응인 산화반응을 억제하기 위한 방법으로 텅스텐 계열의 촉매에 간단한 방법으로 질소 성분을 도핑하는 기술을 개발했다. 촉매 제조 과정 중 일정 농도의 피리딘 용액을 촉매 표면에 함침시키는 과정만으로 질소 성분을 도핑했다.

도핑된 질소 성분은 800℃ 이상의 고온에서도 장시간 안정적으로 유지되는 것이 확인됐다. 부반응인 메탄의 산화로 인한 높은 반응열과 열화점(hot spot)으로 인한 촉매 비활성화를 억제하는 동시에 생성물인 C2 화합물(에탄, 에틸렌)의 선택도 역시 향상된다는 것도 입증됐다.

연구진은 실리카 표면에 담지된 텅스텐 촉매에 질소를 도핑하는 경우, 질소 성분이 텅스텐 옥소 복합체에 흡착된 메틸라디칼(CH3*)을 안정화하며, 결과적으로 부반응물인 탄소산화물(COx)에 비해 생성물인 C2 화합물의 수율을 증가시킨다는 사실도 시험을 통해 확인했다.

연구진이 개발한 질소 도핑 기술은 별도의 장치나 공정이 필요 없이, 단순히 피리딘 용액을 촉매 표면에 도핑하는 것만으로 다양한 농도의 질소를 도핑할 수 있다. 이같은 기술은 촉매 표면의 산·염기성을 조절하거나 지지체·촉매 입자간의 결합력 제어, 전자 소자의 전기적·전자적 성질의 제어 등에 다양하게 적용할 수 있다. 이 기술은 국내에서는 특허 등록이 완료됐고 미국에서는 특허 출원된 상태다.

김희연 박사는 "탄소중립2050과 관련된 연구는 이미 수십 년 전부터 국내외에서 다양하게 수행돼 왔다"며 "기존 연구를 통해 보유한 촉매원천기술의 기술 수준을 높여 상용 공정에 적용할 수 있도록 완성도를 높이는 것이 중요하다"고 강조했ㅆ다.

이번 연구 결과는 환경분야에서 저명한 국제학술지인 '어플라이드 카탈리시스 비 인바이론먼털(Applied Catalysis B: Environmental / IF 16.683 / Elsevier)'에 지난 19일자(온라인) 게재됐다.

biggerthanseoul@newspim.com

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임기단축 개헌..."동의 안해" 55.5% [서울=뉴스핌] 이바름 기자 = 윤석열 대통령이 탄핵심판 최후진술에서 언급한 '복귀 후 임기단축 개헌 추진'에 대해 '동의하지 않는다'는 답변이 과반을 차지했다는 여론조사 결과가 27일 공개됐다. 종합뉴스통신사 뉴스핌이 미디어리서치에 의뢰해 지난 26일 전국 만 18세 이상 남녀 1002명을 대상으로 진행한 ARS(자동 응답시스템) 조사에서 '윤 대통령의 최후진술에서 임기단축 개헌 추진 언급'에 55.5%는 '동의하지 않는다'고 응답했다. '동의한다'는 34.0%, '잘모름'은 10.4%로 나타났다. '동의하지 않는다'는 응답은 연령별로 70대 이상, 지역별로는 부산·울산·경남을 제외한 모든 분류에서 50%를 넘었다. 연령별로는 40대가 67.6%로 비율이 가장 높았고, 50대(62.2%), 30대(57.2%), 60대(53.4%), 만18세~29세(50.9%) 순이었다. 유일하게 70대 이상은 '동의한다'가 44.3%로 '동의하지 않는다' 38.6%를 앞섰다. 지역별로는 광주·전남·전북 64.5%, 대전·충청·세종 60.8%, 경기·인천 58.4%, 대구·경북 56.9%, 강원·제주 54.2, 서울 53.0%가 '동의하지 않는다'고 답변했다. 부산·울산·경남만 '동의한다'는 대답이 43.4%로 '동의하지 않는다' 42.2%보다 우세했다. 지지정당별로는 역시나 정치 성향에 따라 갈렸다. 더불어민주당 지지자 87.5%가 '동의하지 않는다'를 선택했다. 국민의힘 지지자는 64.3%가 '동의한다'고 했다. 조국혁신당 지지자는 71.9%가 '동의하지 않는다'고 대답했다. 개혁신당 지지자는 '동의하지 않는다'가 41.5%, '동의한다'는 38.7%로 나타났다. 진보당 지지자는 '동의하지 않는다' 56.5%, '동의한다' 43.5%였다. '지지정당없음'에서는 '동의하지 않는다' 64.9%, '동의한다' 23.7%였다. 박상병 정치평론가는 "대통령이 복귀하지 못하고 탄핵이 될 거라고 보고 있는 것"이라며 "복귀한다고 하더라도 집권 기간이 2년이나 남아 있는데 개헌이 성사될 가능성이 없다, 신뢰가 낮다고 보는 거"라고 분석했다. 이번 조사는 무선 RDD(무작위 전화 걸기) 활용 ARS를 통해 진행됐다. 신뢰 수준은 95%, 표본 오차는 ±3.1%p, 응답률은 6.2%다. 자세한 조사 개요 및 내용은 미디어리서치 홈페이지와 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지를 참조하면 된다. right@newspim.com 2025-02-27 12:00
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