□ 한국화학연구원(원장 김재현) 그린화학공정연구본부 하경수 박사팀은 최근 전세계적으로 차세대 에너지원으로 급부상한 셰일가스 등 천연가스로부터 고효율로 합성석유(디젤, 가솔린, 나프타)를 제조하는 신개념 촉매를 개발했다.
※ 참고 1 : 피셔-트롭시 합성용 나노채널 반응기(촉매) 기술개요
○ 이번 연구성과는 “피셔-트롭시 합성을 위한 규칙적 중형세공을 갖는 고성능 탄소 나노-채널 반응기 기술” 이라는 제명으로 영국 왕립화학회의 저명한 학술지인 케미컬 커뮤니케이션誌(Chemical Communications) 국제판 5월호 둘째주 논문으로 게재되었다.
□ 신개념 촉매는 뛰어난 성능으로 제한된 반응공간에서도 생산성이 높게 유지되고, 매우 콤팩트하면서도 모듈화된 반응기를 이용하여 육상이나 해상에서 이동하면서 합성석유 생산을 가능하게 할 수 있다.
○ 특히, 해상에서 생산, 저장, 하역할 수 있는 설비가 갖춰진 해상 특수선박(FPSO)의 제한된 공간에 공장을 설치해서 해상가스전에서 직접 합성석유를 제조하는 것이 가능할 것으로 기대되고 있다.
※ 참고 2 : 해상 한계가스전 관련자료
□ 합성가스에서 합성연료를 만드는 기존의 피셔-트롭시 합성용 촉매는 금속결정의 크기가 균일하지 않고 지지체와 금속결정간의 상호작용이 강하여 활성과 선택도가 떨어지고, 부산물의 흡착으로 활성화된 금속 결정을 비활성화시키는 단점이 있었다.
○ 이번에 개발된 신개념 나노촉매는 이러한 지지체의 구조와 표면 특성을 대폭 개선해 천연가스, 바이오매스, 석탄 같은 한정된 탄소자원을 효율적으로 활용할 수 있다는 점에서 주목받고 있다.
- 금번 피셔-트롭시 합성용 신개념 촉매(Co@CMK-3) 제조 방식
: 다공성 탄소 지지체의 규칙적 기공구조에 균일한 크기의 코발트 나노 촉매를 고르게 분산시키는 방식으로 제조하여 촉매구조체 자체가 반응기의 역할을 하여 나노-채널 반응기라 명명함
- 주요특징
: 나노 촉매결정에 흡착한 반응물인 합성가스 및 올레핀 등은 나노 사이즈의 기공으로 인한 공간적 제약으로 재흡착 빈도가 매우 높아지면서 반응성이 획기적으로 증가하고, 부산물인 물의 재흡착을 억제시킴으로써 촉매의 활성을 오랫동안 유지하도록 고안
□ 화학(연) 하경수 박사는 “우리나라의 경우 1차 에너지 중 석유 의존도는 약 38% 정도에 달하고 있으며, 고효율 합성석유 제조 기술이 성공적으로 개발되어 국내 원유 수입량의 10% 정도를 합성석유로 대체한다면, 연간 100억달러 정도의 에너지 수입 대체효과가 기대된다”며 “신개념 촉매와 같은 국내 독자기술 개발을 통해 합성석유 제조공정 상용화 시기를 앞당기고자 한다.”고 포부를 밝혔다.
○ 이번 연구는 한국화학연구원 하경수 박사가 주도하고 포항공과
대학교 이진우 교수가 참여하였으며, 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원이 추진하는 에너지기술개발사업의 일환으로 수행되었다.