화학연구원, 천연가스로 합성석유 만드는 고효율 촉매 개발

아주경제 이한선 기자= 한국화학연구원은 그린화학공정연구본부 하경수 박사팀이 최근 전세계적으로 차세대 에너지원으로 급부상한 셰일가스 등 천연가스로부터 고효율로 합성석유를 제조하는 신개념 촉매를 개발했다고 21일 밝혔다.

이번 연구성과는 영국 왕립화학회의 저명한 학술지인 케미컬 커뮤니케이션지 국제판 5월호 둘째주 논문으로 게재됐다.

신개념 촉매는 뛰어난 성능으로 제한된 반응공간에서도 생산성이 높게 유지되고 콤팩트하면서도 모듈화된 반응기를 이용해 육상이나 해상에서 이동하면서 합성석유 생산을 가능하게 한다.

해상에서 생산, 저장, 하역할 수 있는 설비가 갖춰진 해상 특수선박의 제한된 공간에 공장을 설치해 해상가스전에서 직접 합성석유 제조가 가능할 것으로 기대되고 있다.

합성가스에서 합성연료를 만드는 기존의 피셔-트롭시 합성용 촉매는 금속결정의 크기가 균일하지 않고 지지체와 금속결정간의 상호작용이 강해 활성과 선택도가 떨어지고 부산물의 흡착으로 활성화된 금속 결정을 비활성화시키는 단점이 있었다.

이번에 개발된 신개념 나노촉매는 이러한 지지체의 구조와 표면 특성을 개선해 천연가스, 바이오매스, 석탄 같은 한정된 탄소자원을 효율적으로 활용할 수 있어 주목받고 있다.

피셔-트롭시 합성용 신개념 촉매 제조 방식은 다공성 탄소 지지체의 규칙적 기공구조에 균일한 크기의 코발트 나노 촉매를 고르게 분산시키는 방식으로 제조해 촉매구조체 자체가 반응기의 역할을 해 나노-채널 반응기라고 한다.

촉매는 나노 촉매결정에 흡착한 반응물인 합성가스 및 올레핀 등이 나노 사이즈의 기공으로 인한 공간적 제약으로 재흡착 빈도가 매우 높아지면서 반응성이 획기적으로 증가하고 부산물인 물의 재흡착을 억제시켜 촉매의 활성을 오랫동안 유지하도록 고안됐다.

이번 연구는 한국화학연구원 하경수 박사가 주도하고 이진우 포항공과대학교 교수가 참여하였으며 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원이 추진하는 에너지기술개발사업의 일환으로 수행됐다.

하경수 박사는 “우리나라의 경우 1차 에너지 중 석유 의존도는 약 38% 정도에 달하고 있으며 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 상용화 시기를 앞당기고자 한다”고 포부를 밝혔다.