[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 대량의 이산화탄소를 줄이는 데 쓰이는 고성능 촉매기술이 개발됐다. 향후 온실가스를 줄이는 등 탄소제로 정책에도 힘을 보탤 것으로 기대된다.

한국화학연구원은 체세대탄소자원연구단이 이산화탄소를 기초화학 원료인 나프타로 직접 전환하는 공정에 사용되는 고효율 촉매 제조 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 이 기술을 통해 향후 '이산화탄소의 대량 저감'과 '기초원료 생산'의 일거양득(一擧兩得)의 효과를 볼 수 있을 것으로 기대된다.

부산물을 줄이며 효율을 향상시키는 촉매 합성법 발견 [자료=한국화학연구원] 2021.05.25 biggerthanseoul@newspim.com

나프타는 원유(석유) 정제과정에서 얻을 수 있으며, 석유화학 기초원료나 휘발유의 원료로 사용된다. 우리나라 석유화학 산업은 세계 4~5위의 규모를 가지고 있고 연간 약 5400만톤의 나프타 국내 소비를 통해 약 6100만톤의 온실가스를 배출한다. 2050년 탄소중립에 도달하더라도 기초원료 물질인 나프타는 지속적으로 사용해야 하는 상황이다.

이렇다보니 진정한 탄소중립에 도달하기 위해서 화석 연료 기반이 아닌 이산화탄소 등의 미활용 탄소원을 활용해 나프타로 대체하는 기술이 절실하다. 이산화탄소를 기초 화학원료로 직접전환하는 이번 기술의 핵심은 이산화탄소를 낮은 온도에서도 쉽게 반응시키면서 부산물을 적게 생성하는 방식이다.

800℃ 이상의 높은 온도를 필요로 하는 이산화탄소 간접전환 방식에 비해 300℃의 낮은 온도에서 진행되는 직접전환 공정은 전력공급이 안정적이지 못한 환경에서도 가동될 수 있다는 장점을 지녔다. 다만, 이산화탄소의 전환 효율이 낮고 일산화탄소, 메탄 등의 부산물이 다량 생성돼 사용화에 어려움이 있었다.

이 문제를 해결하기 위해 연구단은 코발트를 원자단위로 철과 합금시키면 성능을 대폭 향상시킬 수 있다는 사실을 발견했다. 이를 통해 이산화탄소를 낮은 온도에서도 쉽게 반응시키면서 부산물을 적게 생성하는 고성능 촉매도 얻게 됐다.

이같은 연구 결과, 기존의 직접전환 기술(16% 수준) 대비 37% 이상 향상된 22% 이상의 나프타 수율을 확보할 수 있었다. 만약 2030년 기준 재생에너지 발전 용량인 '63.8기가와트(GW)' 중 잉여전력을 10% 정도 수준으로 추정해 이 공정에 필요한 에너지원으로 활용한다면 연간 이산화탄소는 453만톤 저감할 수 있게 된다.

나프타는 254만톤까지 생산할 수 있다는 게 연구단의 예측이다. 이는 석유화학산업 온실배출량의 약 7.4%를 저감시킬 수 있는 양에 해당된다. 이번 연구 결과는 촉매 분야 권위지인 'ACS Catalysis' 2월호에 게재됐다.

전기원 화학연 박사는 "이번에 개발된 원천기술을 바탕으로 향후 전환 효율 향상 및 경제성 확보를 위한 추가 연구가 수행될 것"이라며 "수요 기업체들과 협업해 파일럿 플랜트로 규모를 키우는 연구에 힘을 기울일 것"이라고 말했다.

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