섭씨 300도 저온에서 이산화탄소를 휘발유로 전환...“전환효율 40% 달성이 최종목표”

지구 온난화의 원인물질로 잘 알려진 이산화탄소를 곧바로 휘발유로 바꿀 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발해 주목받고 있다.

한국화학연구원 탄소자원화연구소 연구팀은 이산화탄소를 휘발유로 직접 전환하는 반응 메커니즘을 밝혀내고 휘발유 전환에 반드시 필요한 촉매를 만드는데 성공했다고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘이산화탄소 활용 저널’ 12월호에 실렸다.

기존에도 이산화탄소를 휘발유로 전환시키는 기술은 있었지만 800도라는 고온에서 진행해야 하고 두 단계를 거쳐야 하는 간접전환 방식이기 때문에 생산단가가 높아질 수 밖에 없다는 단점이 있었다. 이 때문에 많은 연구자들이 두 단계를 거쳐야 하는 간접전환 방식을 단일 공정으로 통합한 직접전환 방식으로 바꾸려는 시도를 해왔다. 문제는 직접전환 방식의 정확한 반응 메커니즘이 밝혀지지 않아 휘발유 전환 효율이 일정치 않다는 것이었다.

연구팀은 계산화학 방법을 활용해 직접전환 반응에 사용되는 철-구리-칼륨 촉매의 성분별 역할을 규명하고 이를 바탕으로 전환효율을 극대화할 수 있는 촉매를 예측해냈다. 연구팀은 구리가 이산화탄소를 일산화탄소와 산소로 쪼개면 산소는 철과 결합하고 칼륨은 일산화탄소끼리 연쇄적으로 결합시켜 휘발유로 바뀌는 반응을 촉진시킨다는 것을 알아낸 것이다. 이런 메커니즘을 바탕으로 철 촉매에 들어가는 구리와 칼륨의 적절한 양을 알아내고 최적화된 촉매를 만들어 냈다. 이번에 개발된 촉매는 이산화탄소를 휘발유로 바꾸는 전환효율을 20%로 유지할 수 있다는 것을 연구팀은 확인했다.

더군다나 직접전환 공정은 800도 고온에서 이뤄지지만 이번에 개발한 촉매를 사용하는 간접전환 공정은 300도라는 상대적 저온에서도 반응을 진행할 수 있어 생산비용을 낮출 수 있게 됐다.

전기원 화학연구원 박사는 “이번에 개발한 기술을 활용하면 현재 사용되고 있는 간접전환 방식보다 휘발유 생산효율을 높일 수 있을 것”이라며 “실제 상용화가 가능한 전환효율 40%를 달성할 수 있는 기술과 생산 플랜트 규모로 확대하는 연구를 진행할 계획”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr