서강대, 메탄을 가솔린 등 고부가가치 연료로 전환 기술 개발

서강대·KAIST·서울대 공동 연구

저온 플라즈마·'스펀지형 촉매' 통해 손쉽게 전환

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 서강대학교는 화공생명공학과 하경수 교수 연구팀이 지구 온난화의 주범으로 꼽히는 메탄(CH4)을 가솔린·디젤 등의 고부가가치 액체 연료로 간단하게 바꿀 수 있는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

연구는 한국과학기술원(KAIST) 이진우 교수, 서울대 한정우 교수 연구팀과 공동으로 진행됐다. 연구진은 플라즈마 기술을 활용해 메탄을 탄소 사슬이 긴 탄화수소로 직접 전환하는 '계층적 다공성 이산화티타늄/실리카(HP-TiO2/SiO2) 촉매'를 개발했다.

메탄은 천연가스의 주성분으로 풍부하지만, 화학적으로 안정된 상태라 다른 물질로 변환하기가 까다롭다. 기존에는 메탄을 합성가스로 만든 뒤 고온·고압에서 반응시키는 '피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch)' 공정이 주로 쓰였으나, 막대한 에너지가 소모된다는 단점이 있었다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 '비열 플라즈마(Non-thermal Plasma)' 기술과 이에 최적화된 새로운 촉매 구조에 주목했다. 개발된 촉매는 고분자 간의 상호작용을 정밀하게 제어해, 스펀지처럼 미세한 기공과 큰 기공이 섞여 있는 '계층적 다공성 구조'를 띠고 있다.

이러한 구조 덕분에 플라즈마가 촉매 내부 깊숙이 침투할 수 있어 메탄의 활성화 반응이 촉진된다. 특히 촉매 내 티타늄(Ti)과 실리카(Si)의 비율을 조절함으로써, 별도의 고온 개질 과정 없이도 가솔린 및 디젤 범위의 탄화수소를 선택적으로 생산할 수 있게 됐다.

아울러 연구팀은 밀도 범함수 이론(DFT) 계산을 통해 해당 촉매의 내구성도 입증했다.

이번 연구는 플라즈마를 이용한 촉매 반응의 효율을 높이는 새로운 설계 원리를 제시했다는 점에서 의미가 있으며, 복잡한 기존 공정의 한계를 뛰어넘어 차세대 합성 연료 생산의 길을 열 것이라고 평가된다.

연구 관계자는 "이번 기술은 낮은 온도에서도 메탄을 유용한 액체 연료로 직접 전환할 수 있는 가능성을 보여준다"며 "향후 합성 연료 및 고부가가치 화학 제품 생산 공정의 에너지 효율을 높이는 데 크게 기여할 것"이라고 밝혔다.

한편 연구 논문은 에너지·환경 촉매 분야의 학술지 '응용촉매 B: 환경과 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)'에 출간됐다. 주저자로는 서강대 김주찬 박사, KAIST 반민경 박사과정, 포항공대 임현애 박사가 이름을 올렸다.

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