한국화학연구원(원장 김재현)은 하경수 그린화학공정연구본부 박사팀이  콤팩트하면서도 모듈화된 반응기를 이용해 육상이나 해상을 이동하면서 합성석유 생산이 가능한 신개념 고효율 촉매 개발에 성공했다고 22일 밝혔다.

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

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

연구진은 다공성 탄소 지지체의 규칙적 기공구조에 균일한 크기의 코발트 나노 촉매를 고르게 분산시키는 방식으로 피셔-트합성용 신개념 롭시 촉매(Co@CMK-3)를 제조했으며, 촉매구조체 자체가 반응기의 역할을 해 나노-채널 반응기라 명명했다.

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

하경수 박사는 "우리나라의 경우 1차 에너지 중 석유 의존도는 약 38% 정도에 달하고 있으며, 고효율 합성석유 제조 기술이 성공적으로 개발되어 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.

이번 연구는 하경수 화학연 박사가 주도하고 이진우 포스텍 교수가 참여했으며, 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원이 추진하는 에너지기술개발사업의 일환으로 수행됐다.

관련 연구성과는 '피셔-트롭시 합성을 위한 규칙적 중형세공을 갖는 고성능 탄소 나노-채널 반응기 기술' 이라는 제명으로 영국 왕립화학회  학술지 케미컬 커뮤니케이션誌 국제판 5월호 둘째주 논문으로 게재됐다.