온실가스↓·수소생산↑···'메탄 건식 개질반응' 촉매 개발

KAIST, 안정적·생산비용 저렴 합성가스 확보 기대
야부즈 KAIST 교수팀이 성능을 개선한 메탄의 건식개질 반응 촉매개발에 성공했다. (왼쪽부터)자패르 야부즈 교수, 송영동 박사과정(1저자), 스리랑카파 라메쉬 박사(3저자).<사진=KAIST 제공>야부즈 KAIST 교수팀이 성능을 개선한 메탄의 건식개질 반응 촉매개발에 성공했다. (왼쪽부터)자패르 야부즈 교수, 송영동 박사과정(1저자), 스리랑카파 라메쉬 박사(3저자).<사진=KAIST 제공>
KAIST(총장 신성철)는 자패르 야부즈 교수팀이 장시간 사용해도 성능을 유지할 수 있는 메탄의 건식 개질 반응 촉매 개발에 성공했다고 17일 밝혔다. 야부즈 교수팀의 촉매개발로 안정적이면서 생산비용이 저렴한 합성가스를 얻을 수있을 것으로 기대된다. 

메탄의 건식 개질 반응은 온실가스인 메탄과 이산화탄소를 동시에 감축할 수 있으면서도 화학산업의 기반이 되는 합성가스를 생산하는 기술이다. 하지만 반응이 진행될수록 촉매의 표면에 탄소가 쌓여 반응성을 낮추는 코킹(coking) 현상과 나노입자가 서로 뭉치게 되는 소결(sintering) 현상 때문에 실제 산업에서 적용에 큰 어려움이 있다.

문제를 해결하기 위해 연구팀은 니켈-몰리브데넘 합금 나노입자를 단결정의 마그네슘 산화물 지지체에 담지했다. 이렇게 제조된 니켈-몰리브데넘 합금 나노입자 촉매는 800도로 온도를 높이는 과정에서 단결정 지지체의 꼭짓점을 막아 안정되는 현상을 보였다.
KAIST 교수팀의 연구결과는 향후 다른 개질 반응 및 기존의 수소 생산반응인 메탄의 습식 개질 반응에도 직접 적용이 가능할 것으로 기대된다.<사진=KAIST 제공>KAIST 교수팀의 연구결과는 향후 다른 개질 반응 및 기존의 수소 생산반응인 메탄의 습식 개질 반응에도 직접 적용이 가능할 것으로 기대된다.<사진=KAIST 제공>

연구팀이 개발한 촉매는 800도에서 700도까지의 변화 구간에서도 활성도가 안정적인 것으로 나타났으며, 반응 중간에 온도를 상온으로 낮췄다 재가동해도 활성도에 영향을 주지않음을 확인했다. 

실제 산업에서 사용하는 반응조건에 적용하기 위해 고압 조건에서 측정한 결과 15바(bar) 압력에서도 안정적인 것으로 나타났다. 또 800도에서 850시간 동안 사용해도 코깅 및 소결 현상이 발생하지 않는 것으로 확인됐다. 합성가스 생산비용 절감, 니켈 기반의 저렴한 촉매생산, 성능 강화 등에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.

제1저자인 송영동 박사과정은 "그동안 큰 문제였던 코킹 현상을 값비싼 귀금속이나 복잡한 제조과정 없이 해결할 수 있는 촉매를 개발했다"며 "단결정 위에서 나노입자가 안정화되는 기술을 다른 지지체와 금속 나노입자를 이용해 적용하면 다양한 문제를 해결할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구결과는 사이언스지에 지난 14일자로 게재됐다. 
 
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