화학물질 사용않고 메탄을 유용한 화학원료들로 전환하는 기술

지구온난화를 일으키는 원인 ‘메탄’을 석유화학의 쌀이라고 불리는 에틸렌을 비롯한 다양한 화학원료로 전환할 수 있는 기술을 국내연구진이 개발했다.

한국화학연구원 탄소자원화연구소 연구진은 이산화탄소보다 강력한 온실가스인 메탄을 산화제 없이 에틸렌 같은 유용한 화학물질과 수소로 전환할 수 있는 ‘비산화 메탄 직접 전환기술’을 개발했다고 24일 밝혔다. 비산화 메탄 직접전환기술은 산소 같은 산화제 없이 메탄을 유용한 화학물질로 바꾸는 기술이다. 이번 기술 개발은 중국 대련화학물리연구소, 미국 메릴랜드대학에 이어 세 번째이다.

메탄은 석유화학공정과 셰일가스에서 나오는 물질로 전 세계 연간 메탄발생량 6억t 중에서 96%가 난방이나 발전용으로 사용되고 화학원료로 사용되는 것은 4%에 불과하다. 이 때문에 많은 연구자들은 메탄을 화학연료로 전환해 활용하는 방법을 찾고 있다.

메탄 전환기술은 메탄과 산화제를 반응시켜 합성가스를 만든 다음 화학원료로 만드는 간접전환 방법과 산화제 같은 화학처리 없이 화학원료로 전환하는 직접전환 방법이 있다. 간접전환방법은 상용화돼 많이 쓰이고 있지만 효율이 낮고 직접전환방법도 처리 과정 중에 나오는 메틸 라디칼이라는 물질을 제어할 수 없어 아직 상용화되지 못하고 있는 상황이다.

연구팀은 단원자 철 촉매를 만들어 원자 하나에 한 번씩만 화학반응이 나타나도록 하고 1000도 이상 고온에서 산화제 없이 메틸 라디칼을 제어하면서 메탄을 에틸렌, 벤젠 같은 화학원료로 전환시킬 수 있는 기술을 개발했다. 특히 기존 직접전환 방법에서 단점으로 지적된 연쇄반응으로 인해 만들어지는 이산화탄소와 코크 같은 부산물이 생기지 않고 불필요한 에너지도 줄어들어 에너지 효율을 높였다는 평가를 받고 있다.실제로 연구팀은 이 방법으로 메탄을 에틸렌, 에탄, 아세틸렌으로 86%, 벤젠, 자일렌, 톨루엔, 나트탈렌 등 방향족 화합물로 13%, 부산물로 수소를 얻어 메탄의 화학원료 전환율을 99%로 만드는데 성공했다.

김석기 화학연구원 박사는 “이번 연구는 촉매 표면특성에 따라 부산물을 억제시키고 유용한 물질을 만들 수 있다는 것을 확인했다는데 의미가 크다”라면서 “또 직접전환 기술의 전체 메커니즘을 밝혀냄으로써 상용화 가능성도 높였다는데 의미가 크다”라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr