국내 연구진이 상온에서 이산화탄소를 천연가스 주성분인 메탄으로 바꾸는 신기술을 개발하는데 성공했다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 백종범 교수와 탄소중립대학원 임한권 교수팀은 65℃에서 높은 효율로 이산화탄소(CO₂)를 메탄(CH₄)으로 바꿀 수 있는 기계화학 공정기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 300~500℃ 온도에서 이뤄졌던 공정보다 훨씬 간단하고 에너지 소비도 낮아 탄소저감 기술로 주목받고 있다.
연구진이 개발한 기술은 직경 수밀리미터의 작은 쇠구슬이 들어있는 볼(ball mill) 장치에 촉매와 원료를 넣고 돌리는 방식이다. 반복되는 충돌과 마찰로 촉매 표면이 활성화되면서 이산화탄소가 촉매 표면에 효율적으로 포집되고, 이 과정에서 수소와 반응해 메탄으로 바뀐다.
연구팀은 65℃에서 이산화탄소의 99.2%를 반응시키는 데 성공했고, 이렇게 반응한 이산화탄소 중 98.8%가 부산물이 아닌 메탄으로 전환됐다고 밝혔다.
또 연속공정에서도 높은 효율을 보였다. 상온보다 낮은 15℃에서도 CO₂ 반응 참여율 81.4%, 메탄 선택도 98.8%를 유지했는데, 이는 상용화 가능성을 입증한 결과다. 연속공정은 반응이 완전히 끝나기를 기다리는 배치(batch) 방식과 달리 원료를 지속적으로 주입하고 생성물을 계속 배출하는 방식으로 산업용 대량 생산에 적합하다.
경제성 분석결과, 반응온도가 낮고 상용 촉매를 별도 전처리없이 사용할 수 있어 공정장비 비용 등을 크게 줄일 수 있는 것으로 나타났다.
임한권 교수는 "전체 비용의 대부분을 차지하는 전력 소비는 풍력이나 태양광 같은 재생에너지와 연계하면 열화학 반응 대비 절반 수준으로 낮출 수 있다"고 설명했다.
백종범 교수는 "기존의 고온 고압 장비 없이도 현장에서 이산화탄소를 바로 연료로 바꿀 수 있어, 탄소 배출 저감은 물론 장비 투자와 운송 비용까지 줄일 수 있다"며 "탄소중립 달성을 위한 신기술이 될 수 있을 것"이라고 강조했다.
이번 연구결과는 나노분야 최고권위 학술지인 '네이처 나노테크놀로지'에 지난 5일자에 게재됐다.
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