국내 연구진이 온실가스를 수소나 일산화탄소 등 유용한 합성가스로 처리할 수 있는 고성능 나노촉매를 개발했다. 여러 금속이 들어간 촉매를 보다 쉽게 만들 수 있는 자동화 촉매 합성장치도 개발해 향후 다른 촉매 개발에 기여할 것으로 보인다.
한국에너지기술연구원(에기연)은 박지찬 청정연료연구실 책임연구원과 김병현 계산과학연구실 책임연구원이 꾸린 연구팀이 일반 니켈 촉매보다 합성가스 생산성은 2배, 안정성은 16배 높은 세슘-니켈 복합촉매를 개발했다고 27일 밝혔다.
에기연에 따르면 이 촉매는 기존에 어려움을 겪던 메탄 건식개질 분야에서도 높은 성능을 발휘한다. 메탄 건식개질이란 온실가스 성분인 메탄과 이산화탄소를 동시에 전환해 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 생산하는 기술이다. 메탄 건식개질은 고온에서 이뤄지는데 지금껏 나온 촉매들은 고온에서 금속 입자들이 서로 엉겨붙거나 촉매 표면에 탄소가 급격히 쌓여 합성가스가 생산되지 않는 문제가 있었다.
이에 연구팀은 자체 개발한 자동화 촉매 합성장치를 이용해 니켈과 세슘을 섞은 뒤 이를 산화 알루미늄으로 만든 지지체에 붙여 새로운 촉매를 만들었다. 이 촉매는 일반 니켈 촉매와 비교해 2배 가까이 높은 합성가스 생산성을 보였다. 촉매 표면에 탄소가 쌓여 촉매 성능이 떨어지는 일도 16분의 1 수준까지 떨어졌다.
자동화 촉매 합성장치를 쓸 경우 외부에서 촉매로 만들고자 하는 금속만 투입하면 이후 과정을 전부 자동으로 진행해 비전문가도 쉽고 편리하게 촉매를 만들 수 있다는 설명이다.
연구 책임자인 박 책임연구원은 “이번 연구 결과는 온실가스를 대량으로 처리하기 위한 메탄 건식개질 반응에 필요한 촉매들을 신뢰성이 확보된 자동화 촉매 합성 시스템을 통해 우수한 성능으로 구현했다는 점에서 가치가 있다”며 “촉매 생산 자동화와 디지털화된 제조법 확장에 더욱 노력할 것”이라고 말했다.
이번 연구 성과가 담긴 논문은 재료·에너지 분야 국제 학술지 ‘저널 오브 머티리얼스 케미스트리 A’에 지난달 표지논문으로 실렸다.
참고 자료
Journal of Materials Chemistry A, DOI: https://doi.org/10.1039/D2TA08442B