국내 연구진이 에틸렌(Ethylene) 수율을 극대화하는 촉매를 개발했다.
한국에너지기술연구원 김희연 에너지소재연구실 책임연구원팀이 온실가스인 메탄(Methane)을 원료로 에틸렌을 고수율 생산하는 텅스텐계 촉매 개발에 성공했다.
연구진은 텅스텐 계열 촉매에 질소 성분을 도핑하는 기술을 개발하고 촉매 제조과정 중 일정 농도의 피리딘 용액을 촉매 표면에 침투시켜 질소 성분을 도핑했다.
도핑된 질소 성분은 섭씨 800도 이상 고온에서도 장시간 안정적으로 유지돼 C2 화합물인 에탄(Ethane)과 에틸렌 선택도를 향상시킬 수 있고 불필요한 부반응도 막을 수 있는 것으로 알려졌다.
부반응으로 메탄이 산화하면서 생기는 높은 반응열, 촉매 비활성화도 억제했다.
질소 도핑 기술은 별도 장치나 공정이 필요 없으며 촉매 표면 산성, 염기성을 조절하거나 지지체-촉매 입자간 결합력 제어, 전자 소자 전기·전자적 성질 제어 등에 다양하게 적용이 가능한 것으로 파악되고 있다.
현재 국내 특허 등록, 미국 특허 출원을 마친 것으로 알려졌다.
연구팀은 대표적 온실가스인 메탄과 이산화탄소(CO2)를 반응시켜 합성가스를 생산하는 건식개질 공정용 촉매도 개발했다.
김희연 책임연구원은 “2050년 탄소중립과 관련된 연구는 이미 수십년 전부터 국내외에서 다양하게 수행돼 왔고 기존 연구를 통해 보유한 촉매 원천기술 수준을 높여 상용공정에 적용할 수 있도록 하는 것이 중요하다”며 “관련 연구에 대한 지속적 투자가 필요하다”고 강조했다.
연구는 에너지기술연구원 주요사업과 과학기술정보통신부 한국연구재단 개인기초연구사업의 지원을 받아 수행됐으며 결과는 Applied Catalysis B: Environmental 온라인판에 게재됐다. (강윤화 선임기자)