한국화학연구원(원장 이미혜)은 산하 차세대탄소자원화연구단(단장 전기원)이 이산화탄소(CO₂)를 기초 화학 원료인 '나프타'로 직접 전환하는 고효율 촉매 제조 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. CO₂ 대량 저감, 기초원료 생산이라는 두 마리 토끼를 한 번에 잡을 수 있는 기반을 마련했다.
나프타는 석유 정제 과정에서 얻을 수 있다. 석유화학 기초원료, 휘발유 원료로 쓰인다. 2050년 탄소중립 도달 이후에도 지속적으로 필요한 요소다. 이 때문에 기존 화석 연료가 아닌 CO₂를 활용해 나프타를 생산하는 기술이 꼭 필요하다.
기술 핵심은 CO₂를 보다 낮은 온도에서 쉽게 반응시키고 부산물을 적게 생성하는 것이다. 직접전환 공정 경우 300도 저온에서 진행된다. 800도인 간접전환 방식보다 온도가 낮다. 반면에 전환 효율이 낮고 일산화탄소(CO)나 메탄 등 부산물이 생성된다.
연구단은 코발트를 원자단위로 철과 합금하면 촉매 효율을 대폭 높일 수 있음을 발견했다. 이를 활용, CO₂와 낮은 온도에서 쉽게 반응시키면서 부산물 생성을 줄인 고성능 촉매를 개발했다. 나프타 수율 경우 22% 이상이다. 기존 직접전환 기술(16%)을 37% 이상 끌어올렸다.
향후 효과는 상당할 전망이다. 2030년 기준 재생에너지 발전용량인 63.8기가와트(GW) 중 추정 잉여전력(10% 가량)을 에너지원으로 활용하는 것으로 가정했을 때 453만톤에 달하는 CO₂를 저감할 수 있다. 나프타는 254만톤을 생산할 수 있다. 석유화학산업 온실 배출량 약 7.4%를 저감할 수 있는 양이다.
전기원 단장은 “이번에 개발된 원천기술을 바탕으로 향후 전환 효율 향상 및 경제성 확보를 위한 추가 연구를 수행할 예정”이라며 “수요 기업체 협업, 파일럿 플랜트로 규모를 키우는 연구에도 힘을 기울이겠다”고 말했다.
관련 논문은 촉매 분야 최고 권위지인 'ACS Catalysis' 2월호에 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 기후변화대응기술개발사업 일환인 차세대탄소자원화연구단 지원을 받아 수행됐다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
