화학연구원, CO₂→나프타로…직접전환 '고성능 촉매기술' 개발

부산물 줄이며 효율 향상시키는 촉매 합성법 발견

국제학술지 'ACS Catalysis'에 게재, 탄소중립 '청신호'

[대전=뉴시스] 철과 코발트가 원자단위로 형성된 입자에서 이산화탄소로(CO₂)부터 나프타를 생산하는 반응을 나타낸 그림. 코발트가 원자단위로 철과 합금을 이루면서 CO₂를 낮은 온도에서도 반응시키고 부산물 생성을 억제한다. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국화학연구원은 차세대탄소자원화연구단이 이산화탄소(CO₂)를 기초 화학원료인 나프타로 직접전환하는 공정에 사용되는 고효율 촉매 제조기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

이 기술로 이산화탄소의 대량 저감과 기초원료 생산이란 효과를 동시에 거둬 정부의 탄소중립 정책에도 속도가 붙게 됐다.

석유화학의 기초원료나 휘발유의 원료로 사용되는 나프타는 원유(석유) 정제과정에서 얻어진다.
 
우리나라는 연간 약 5400만t의 나프타를 국내서 소비하고 있으며 이로 인해 약 6100만t의 온실가스를 배출하고 있다.

화학연구원은 2050년 탄소중립에 도달하더라도 기초원료 물질인 나프타의 사용은 지속적으로 필요하기 때문에 진정한 탄소중립을 위해서는 화석연료 기반이 아닌 이산화탄소 등 미활용 탄소원을 활용한 나프타 대체 기술이 필수적이라고 보고 있다.    

차세대탄소자원화연구단이 이번에 개발한 이산화탄소를 기초 화학원료로 직접전환하는 기술의 핵심은 이산화탄소를 낮은 온도에서 쉽게 반응시키면서 부산물 생성을 줄이는데 있다.

800도 이상의 높은 온도를 필요로 하는 이산화탄소 간접전환 방식에 비해 300도의 낮은 온도에서 진행되는 직접전환 공정은 전력공급이 안정적이지 못한 환경에서도 가동될 수 있다.
 
하지만 기존 직접전환 기술은 이산화탄소 전환 효율이 낮고 일산화탄소, 메탄 등의 부산물이 다량 생성돼 상용화에는 어려움이 있다.

차세대탄소자원화연구단은 코발트를 원자단위로 철과 합금시키면 성능을 대폭 향상시킬 수 있다는 사실을 발견하고 이를 통해 이산화탄소를 낮은 온도에서도 쉽게 반응시키면서 부산물을 적게 생성하는 고성능 촉매를 개발하는데 성공했다.

이 기술을 활용해 기존 직접전환 기술(16% 수준) 대비 37% 이상 향상된 22% 이상의 나프타 수율을 확보했다.
 
이번 연구결과는 촉매 분야 최고 권위지인 'ACS Catalysis(IF:12.350)' 2월호에 게재됐다.(논문명:Atomically Alloyed Fe–Co Catalyst Derived from a N-Coordinated Co Single-Atom Structure for CO₂ Hydrogenation)
      
전기원 차세대탄소자원화연구단장은 "2030년 기준 재생에너지 발전 용량인 63.8GW 중 잉여전력을 10% 정도로 추정해 이 공정에 필요한 에너지원으로 활용한다면 연간 이산화탄소는 453만t의 저감이 가능하고 나프타는 254만t의 생산이 가능할 것으로 예측된다"면서 "이는 석유화학산업 온실배출량의 약 7.4%를 저감시킬 수 있는 양"이라고 설명했다.

전 단장은 또 "이번에 개발된 원천기술을 바탕으로 향후 전환 효율 향상 및 경제성 확보를 위한 추가 연구를 수행할 예정"이라며 "수요 기업체들과 협업해 파일럿 플랜트로 규모를 키우는 데 역량을 집중할 것"이라고 말했다.


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