국내 연구진이 일산화탄소 및 이산화탄소의 저감과 동시에 청정연료의 생산을 돕는 고효율 혼합 금속산화물 촉매를 개발했다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 성균관대 배종욱 교수 연구팀이 제철산업의 주요 부산물인 합성가스를 청정 액체연료의 재료인 탄화수소로 바꾸는 과정에서 효율을 높일 수 있는 ‘철-지르코늄 촉매’를 개발했다고 29일 밝혔다.

합성가스는 많은 양의 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하고 있다. 이를 200~300℃의 고온과 대기압의 10~30배의 달하는 고압(20~30bar)에서 피셔-트롭쉬(GTL. Gas to Luquid 기술 중 하나) 합성반응을 이용해 다양한 탄화수소 연료유(LPG, 가솔린 및 데젤 연료유 등)를 직접 합성한다. 하지만 이 반응에서 효율을 높이기 위한 촉매로 철을 이용하는데 철의 소결현상으로 인해 시간에 따라 촉매 반응이 급속도로 낮아지는 한계가 있어 높은 효율을 가지는 촉매의 개발이 필요한 상황이었다.

이에 연구팀은 철에 지르코늄 금속산화물을 혼합하는 방법을 사용해 철의 소결현상을 완화시켰다. 기존 철 촉매는 반응 초기부터 서서히 반응성이 감소하는 현상이 일반적이지만 철·지르코늄 금속산화물 촉매는 60시간 이상의 반응시간에서도 안정된 반응올 보였다.

철 산화물로 이뤄진 6~7나노미터(nm) 메조 세공 격자 내에 지르코늄 금속산화물 성분을 첨가해 피셔-트롭쉬 반응용 촉매의 열적 안정성을 높였다. 이는 구조적으로 안정화된 지르코늄 산화물과 철의 강한 상호 작용 때문이다.

배종욱 교수는 “이 연구성과는 지구 온난화와 환경오염의 주범인 일산화탄소와 이산화탄소를 액체연료로 쉽게 전환할 수 있게 한다는 것”이라며 “가솔린과 디젤 등 고부가 가치의 에너지 자원을 대체 자원으로부터 직접 제조할 수 있는 기술이 될 수 있다”고 연구의 의의를 설명했다.

한편 이번 연구성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 C1 가스리파이너리 사업과 교육부·한국연구재단 기본연구 사업의 지원으로 수행됐으며 화학 분야 국제학술지인 에이시에스 카탈리시스(ACS Catalysis) 7월 27일자 논문으로 게재됐다.