[한국기술뉴스] 서강대학교 화공생명학과 문준혁 교수 연구팀은 상온에서 메탄을 알코올로 전환시키는 전기화학적 촉매 기반 메탄 전환법을 개발했다. 개발된 기술은 서강대학교 산학협력단을 통해 2017년 09월 22일 특허를 출원(출원번호 제1020170122662호)했다. 특허 명칭은 '다공성 산화니켈-지르코니아 복합 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용한 알코올의 제조방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

메탄은 이산화탄소보다 적지만 대기중에 장기간 머무르며 이산화탄소에 비해 21배 강한 온실효과를 일으킵니다. 또한 지구온난화 지수는 이산화탄소에 비해 약 80배 강한 것으로 보고되고 있습니다.

메탄은 셰일가스와 천연가스의 주성분 중 하나입니다. 이 때문에 온실가스의 주성분인 메탄을 에너지 자원인 메탄올과 같은 연료로 전환하려는 연구가 주목받고 있습니다. 메탄을 다른 에너지 자원으로 변환하기 위해서는 메탄 구조에서 탄소화 수소를 떼어내 활성을 높여야 합니다. 이때 촉매가 필요하며 촉매를 활성화하기 위해서는 매우 높은 온도와 압력이 필요합니다. 이러한 높은 온도 조건은 대규모 산업에 적용하기 어렵고 공정의 불안정성을 높입니다.

서강대학교 문준혁 교수 연구팀은 상온에서 전기화학적 촉매를 이용해 메탄을 알코올로 전환하는 방법을 발명했습니다.

산화니켈과 지르코니아를 특정 비율로 혼합하여 다공성 산화니켈-지르코니아 복합 촉매를 제조합니다. 본 발명의 촉매는 반응의 활성화 에너지를 낮추어 메탄의 안정적인 화학 결합을 끊고 다른 에너지로의 전환이 가능하도록 합니다.

즉, 촉매에 전압을 인가하는 방식으로 산화반응을 촉진하여 높은 선택도로 알코올을 만들어낼 수 있습니다.

연구팀은 실험을 통해 메탄의 부분산화에 의한 에탄올 및 프로판올의 전환을 확인하였으며, 특히 메탄-에탄올 전환의 경우 90% 이상의 선택도를 확인하였습니다. 또한 메탄-에탄올 및 메탄-프로판올의 수율은 40% 수준으로 가능하였습니다.

본 기술의 장치를 메탄이 많이 방출되는 쓰레기 매립장, 공업단지와 같은 장소에 설치하면 연속적인 방식으로 메탄을 알코올로 전환할 수 있습니다.

전기에너지만을 이용해 장기적으로 메탄을 감축시킬 수 있으며, 에너지 자원인 메탄올과 에탄올을 생산할 수 있어 화학 산업의 발전과 온실가스 저감에 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.