10일 한국화학연구원에 따르면 탄소자원화연구소 전기원·김석기 박사팀은 온실가스의 주범인 이산화탄소를 휘발유로 직접 전환하는 반응 메커니즘을 밝히고 전환공정 핵심인 촉매를 최적화하는 데 성공했다.
이산화탄소를 휘발유로 전환하는 공정 가운데 직접 전환은 두 단계로 나눠진 간접전환을 단일한 공정으로 통합한 기술이다.
800도 고온에서 진행되는 간접전환 반응과 달리 300도 저온에서 진행해 에너지를 적게 쓴다. 에너지 효율이 높다는 뜻이다.
연구진은 계산과학을 이용해 직접 전환 반응에 쓰이는 촉매의 성분별 역할을 규명하고 촉매의 성능을 최적화했다. 직접 전환 반응에 철 기반의 철·구리·칼륨 촉매가 쓰이는데 구리와 칼륨의 역할을 밝혀낸 것이다.
연구진은 구리가 이산화탄소(CO2)를 CO와 O로 쪼개고 철 표면에 흡착된 산소를 제거하는 반응을 촉진했다. 칼륨이 일산화탄소(CO)끼리 연쇄적으로 붙어서 휘발유로 전환되는 반응을 도와준다는 것을 알아냈다.
또한 직접 전환 반응 공정에 칼륨을 첨가할 경우 철과 구리의 합금 형성을 촉진해 안정성을 높인다는 사실도 실험을 통해 확인했다.
이를 통해 철 기반 촉매에 들어가는 구리와 칼륨의 적절한 양을 알아내고 최적화된 촉매를 개발한 결과 20%의 안정적인 수율(이산화탄소의 휘발유 전환율)을 확보했다.
전기원 박사는 "간접전환 방식보다 효율적인 직접 전환 공정 개발에 큰 도움을 줄 것"이라며 "이번에 개발된 원천기술을 바탕으로 파일럿 플랜트로 규모를 키우는 연구에 힘을 기울이겠다"고 말했다.
연구 내용은 온실가스저감 분야 최고 권위지인 'Journal of CO2 Utilization' 12월호에 실렸다.