[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 버려지는 천연가스를 고부가가치 물질로 전환시켜주는 고성능 촉매가 개발됐다. 

30일 한국연구재단에 따르면 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 안광진 교수 연구팀은 나노 물질로 이뤄진 우수한 메탄 산화체 촉매를 개발하는 데 성공했다. 

연구결과는 권위있는 국제학술지 ‘저널 오브 캐털리시스(Journal of Catalysis)’에 지난 19일 게재됐다. 

메탄은 천연가스 성분의 88%를 차지하지만, 풍부한 매장량에 비해 활용가치가 뛰어나지 않다. 이를 유용한 화학물질로 변환하기 위한 시도가 있지만, 메탄의 화학구조가 안정적이어서 변환이 쉽지 않다. 

(그림) 나노미터 두께로 쌓여있는 실리카-산화바나듐-알루미나 나노촉매 : 코어-쉘 형태로 이루어진 실리카-산화바나듐-알루미나 나노촉매는 외부 알루미나 껍질 층이 내부 산화바나듐 나노입자의 응집 및 구조적인 변형을 효과적으로 막아주어 포름알데히드를 생산하는 600도 이상의 고온메탄 산화반응에서 열적 안정성이 우수하며 촉매반응성이 안정하게 유지되는 효과를 보인다. [자료=UNIST]

연구팀은 메탄이 변환되는 높은 온도에서도 안정적으로 반응할 수 있는 촉매를 개발했다.

이로써 메탄에서 포름알데히드로 변환되는 효율은 기존 10% 미만에서 22% 이상으로 크게 향상됐다. 포름알데히드는 자극성 강한 냄새의 기체로, 기능성 고분자‧살균제‧방부제 등의 원료로 광범위하게 이용돼 부가가치가 높다. 

개발된 촉매는 섭씨 600도 이상의 고온에서도 촉매의 구조가 안정적이고 반응성도 유지된다. 이는 촉매 기능을 하는 바나듐 나노 입자가 얇은 산화알루미늄 막에 둘러싸인 형태를 갖고 있어 내부 입자의 응집이나 구조 변형을 효과적으로 막아준 덕분이다. 

특히 메탄에서 포름알데히드로 변환시키는 촉매 기술은 1987년 미국에서 특허로 등록된 이후 큰 진전이 없던 고난이도 기술이나 30년 만에 그 한계를 뛰어넘은 것으로 볼 수 있다. 

안 교수는 “나노 기술을 촉매에 도입함으로써 메탄을 고부가가치의 화학물질로 변환할 때의 안정성과 효율을 획기적으로 향상시켰다”며 “풍부한 천연자원을 활용하는 차세대 에너지 기술로서 가치가 높다”고 연구의 의의를 밝혔다. 

kimys@newspim.com