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이산화탄소 석유화학 원료로 바꿔주는 촉매 개발

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2019년 01월 03일 16:14 프린트하기

배종욱 성균관대 화학공학부 교수 연구팀은 이산화탄소로 석유화학 중간체를 생산하는 새로운 촉매를 개발했다. 촉매를 원자현미경으로 관찰한 모습. -배종욱 교수 연구팀 제공
배종욱 성균관대 화학공학부 교수 연구팀은 이산화탄소로 석유화학 중간체를 생산하는 새로운 촉매를 개발했다. 촉매를 원자현미경으로 관찰한 모습. -배종욱 교수 연구팀 제공

온실가스 중 하나인 이산화탄소로 석유화학 제품을 생산할 수 있는 길이 열렸다.

 

한국연구재단은 배종욱 성균관대 화학공학부 교수 연구팀이 균일한 중형 기공의 촉매를 써서 이산화탄소로부터 석유화학 중간체를 생산하는 화학공정 기반기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

 

대기 중 이산화탄소는 대표적인 지구온난화의 주범으로 꼽힌다.  이산화탄소를 효율적으로 쓰기 위해 최종 산물의 전 단계인 메탄올이나 디메틸에테르 등의 중간체로 전환한 후 다양한 석유화학 원료로 합성하는 촉매기술 연구가 주목받고 있다. 문제는 촉매로 쓰이는 금속 나노입자가 쉽게 비활성화되며 안정적인 성능을 보여주지 못하다는 것이다. 

 

연구팀은 산화알루미늄(Al₂O₃)과 구리 나노구조를 합성한 촉매를 개발해 효율을 기존 기술보다 30% 이상 높였다. 연구진은 산화알루미늄의 표면에 ‘증발유도자기결합법’을 써 5~8 나노미터(㎚·10억분의 1m)의 기공을 규칙적으로 새기는 중형 세공을 했다. 그 결과 고온고압의 반응조건에서도 촉매가 안정적으로 작동했다. 여기에 반응과정에서 많은 양의 물이 만들어져 촉매의 활성이 저하되는 것을 막기 위해 갈륨과 아연 산화물을 추가했다. 

 

연구팀은 중형 세공한 산화알루미늄과 제올라이트 촉매로 디메틸에테르로부터 벤젠, 톨루엔 등의 석유화학 원료를 합성하는 기술도 개발했다. 이산화탄소를 줄임과 동시에 원료를 생산할 수 있어 새로운 석유화학 기술의 기반을 마련했다는 평가다.

 

배 교수는 “지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 전환하는 고효율 촉매기술”이라며 “청정에너지 및 석유화학 중간체를 합성하는 기반기술이 될 것”이라고 말했다. 연구결과는 이달 3일 국제학술지 ‘미국화학회 촉매작용’에 실렸다.

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