연세대학교 노현석 교수팀은 이산화탄소와 부생가스인 코크오븐가스(COG, Coke Oven Gas)로부터 고농도 일산화탄소 생산을 위한 건식 촉매 연구를 수행 중이다. 연구의 핵심 포인트는 촉매의 탄소침적 및 소결 저항성을 높이는 것이다.

기존 Calcor 공정과 SPARG 공정은 각각 문제점을 갖고 있었다. Calcor 공정은 탄소침적 억제를 위해 1000 ℃ 이상의 높은 반응 온도를 필요로 해 경제성이 낮았고, SPARG 공정의 경우 수증기 공급을 위한 추가 설비 및 에너지 공급이 필요했다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 건식 개질 반응용 촉매 성능에 영향을 미치는 주요 인자를 도출하고 각 제조 공정의 변수를 최적화하여 탄소침적 및 소결 저항성을 지닌 니켈(Ni)계 나노 촉매를 개발했다. 이를 활용하면 기존 대비 상대적 낮은 저온(800 ℃)에서 탄소침적 저항성이 증진되는 모습을 보인다. 

또한 단시간에 촉매 안정성을 평가하기 위해 진행한 상용공정 대비 50배 높은 공간속도 조건(300,000 h-1)에서의 코크오븐가스 활용 건식 개질 반응에서도 높은 활성도와 300시간 이상의 안전성을 갖는 것이 특징이다. 

연구팀은 동시에 촉매 성능의 영향을 미치는 주요 인자를 바탕으로 촉매 제조량 스케일업 과정에서 촉매의 성능 저하를 최소한으로 하는 제조 방법을 도출해나갈 예정이며, 코크오븐가스 뿐만 아니라 다양한 부생가스의 건식 개질 반응에 응용할 수 있도록 확장 예정이다. 

아울러 합성가스 시장 및 탄소배출권 가격이 지속적으로 성장할 것으로 예상됨에 따라 상용화에 맞춰 스케일업 공정 적용을 준비하고 있다. 이번 연구는 차세대탄소자원화연구단의 지원으로 수행됐다.