이산화탄소를 석유화학 중간체로!
이산화탄소를 석유화학 중간체로!
  • 함예솔
  • 승인 2019.01.03 13:50
  • 조회수 587
  • 댓글 0
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연구 배경

  • 청정 연료인 디메틸에테르 직접 합성 반응은 향후 석유자원의 고갈 및 지구온난화 문제를 해결할 수 있는 기술로 주목받고 있습니다.
  • 석유 대체자원인 천연가스, 셰일가스, 바이오매스 및 제철 산업에서 발생하는 부생 가스 등과 같이 이산화탄소를 포함한 합성가스(H2, CO, CO2)의 수소화 반응을 이용힙니다.
  • 이산화탄소로부터 메탄올, 디메틸에테르 등의 중간체를 거쳐 다양한 석유화학 원료를 합성하는 촉매 기술이 연구돼 왔지만, 아직까지 촉매가 비활성화 되면서 효율이 저하되는 문제가 남아 있었습니다.

 

고성능 나노입자 촉매 개발! 출처: fotolia
고성능 나노입자 촉매 개발! 출처: fotolia

뭘 발견했는데?

  • 성균관대학교 배종욱 교수 연구팀이 균일한 중형 기공의 촉매를 이용해 이산화탄소로부터 유용한 석유화학 중간체를 만드는 화학 공정 기반 기술을 개발했다고 합니다.

 

개발된 촉매를 이용해 이산화탄소로부터 석유화학 중간체를 합성‧활용하는 과정. 출처: 한국연구재단
개발된 촉매를 이용해 이산화탄소로부터 석유화학 중간체를 합성‧활용하는 과정. 출처: 한국연구재단

어떻게 조사했지?

  • 연구팀은 알루미나와 구리 나노 구조가 합성된 촉매를 개발해 이산화탄소에서 디메틸에테르를 합성할 수 있도록 유도했습니다. 
  • 5~8nm(나노미터)의 기공이 규칙적으로 세공된 알루미나가 구리의 열적 안정성을 향상시킵니다. 덕분에 고온ㆍ고압의 반응 조건에서도 촉매가 안정적이고 효율적이었습니다.
  • 특히 갈륨 혹은 아연 산화물을 촉매에 보조적으로 포함시켰는데요. 이산화탄소 전환율이 30% 이상 증대됐습니다. 


특이한 점은?

  • 나아가 연구팀은 구조적으로 안정한 중형 세공의 알루미나 및 제올라이트 촉매를 제조해 디메틸에테르로부터 석유화학 기초유분(올레핀, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등)을 합성하는 기술도 개발했습니다. 참고로 세공은 약 5~8nm 크기의 기공이 규칙적으로, 1차원으로 세공된 불균일한 촉매입니다.


이 연구가 왜 중요하지?

  • <ACS 카탈리시스>에 게재된 이 연구는 이산화탄소를 활용해 청정연료 및 석유화학 제품을 생산할 수 있는 기반을 마련했습니다.
  • 청정 연료인 디메틸에테르를 이산화탄소의 수소화 반응을 통해 직접 합성하는 반응은 셰일 가스 및 제철소에서 발생하는 부생가스 등을 고부가화 할 수 있는 방법입니다.
  • 이 기술을 이용해 지구온난화의 주범인 이산화탄소의 저감 및 지속 가능한 석유대체 자원의 효과적인 방법이 될 수 있습니다. 
  • 석유화학 기초유분 및 중간체(올레핀, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등)를 합성할 수 있어서 국내 석유화학 산업의 지속적인 성장을 위한 기반기술이 될 것으로 판단됩니다. 

 

배종욱 교수. 출처: 한국연구재단
배종욱 교수. 출처: 한국연구재단

 

 

 

 

"이 연구는 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 전환하는 새롭고 안정화된 고효율 촉매 기술입니다. 향후 청정에너지 및 석유화학 중간체를 합성하는 기반 기술이 될 것으로 기대합니다" 

 -성균관대학교 배종욱 교수-


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