화학연구원, 이산화탄소·부생가스서 고급 화학물질 만든다

온실가스 활용, '알파올레핀' 제작 촉매 공정 기술 개발

미국 화학회 촉매지에 연구결과 게재

[대전=뉴시스] 부생가스와 CO2 동시전환을 통해 얻어진 액체 생성물. 전체 생성물의 52% 가량이 알파올레핀이다.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 이산화탄소와 산업 부생가스로부터 고부가가치 화학물질인 '알파올레핀'을 만드는 촉매 공정 기술이 개발됐다.

한국화학연구원은 김용태 박사팀이 에틸렌과 비싼 촉매 없이도 온실가스인 이산화탄소와 버려지는 산업 부생가스를 활용, 저렴한 알파올레핀으로 만들 수 있는 촉매 공정 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

산업 부생가스는 석유화학산업과 철강산업에서 부생으로 발생하는 가스로 일산화탄소(CO), 메탄(CH4), 수소(H2) 등을 포함하고 있으며 부생가스를 태울 경우 이산화탄소가 발생하기 때문에 잠재적 온실가스다.
 
 알파올레핀은 세정제, 윤활유, 화장품, 플라스틱 등을 만드는 데 쓰이는 정밀화학원료이며 알파올레핀을 첨가해 만든 플라스틱은 일반 플라스틱보다 강도가 높아 특수 플라스틱으로 분류되고 윤활유는 부식방지 등의 기능이 좋아 최고급 윤활유에 속한다. 알파올레핀은 지금까지 전량 수입에 의존해왔다.

하지만 기존 알파올레핀을 만들기 위해서는 에틸렌을 원료로 하는 까다로운 공정 기술이 필요했으며 에틸렌을 고순도로 정제하는데에는 비싼 금속이 들어간 촉매가 필요하다.

 화학연구원이 개발한 공정 기술은 버려지는 온실가스를 원료로 활용할 수 있다는 장점뿐만 아니라 반응의 결과물도 온실가스를 배출하지 않는다. 기존 알파올레핀 제조 공정은 이산화탄소가 배출된다.

특히 기존 공정은 에틸렌을 이용하는 반면 새로 개발된 공정에서는 이산화탄소와 버려지는 부생가스를 사용하기 때문에 원료가 약 4배 정도 저렴하다.

 또한 저렴한 철광석으로 촉매를 제조할 수 있으며 산업 부생가스의 경우 일산화탄소, 메탄, 수소의 조성이 상황에 다르게 배출되지만 가스가 어떤 비율로 조성되든 이 기술을 활용하면 조성비율에 상관없이 알파올레핀이 생산될 수 있다.

[대전=뉴시스] 개발된 철-산화아연 촉매. 이 고체촉매를 사용하면 촉매는 부생가스와 CO2 동시전환을 수행할 수 있다.

연구진에 따르면 이번 공정의 핵심 기술은 철광석을 원료로 한 촉매 제조 기술로 크게 이산화탄소가 화학반응을 거쳐 일산화탄소가 되는 과정과 일산화탄소가 또다른 화학반응을 거쳐 알파올레핀이 되는 과정으로 나뉜다.

 이산화탄소에서 일산화탄소가 만들어지는 첫 번째 과정에는 산화철이 촉매로 쓰이고, 일산화탄소에서 알파올레핀이 만들어지는 두번째 과정에는 탄화철(철에 탄소가 결합한 물질)이 촉매로 쓰인다.

 연구팀은 공정의 효율화를 위해 두 과정을 한 시스템 안에서 일어날 수 있도록 하나의 촉매에 산화철과 탄화철을 모두 포함시켰다.

연구팀은 "지지체 물질인 산화아연의 표면에 산화철과 탄화철이 균일하게 들어갈 수 있도록 촉매를 만들었다"며 "나트륨을 첨가제로 활용해 첫 번째 반응이 일어날 때는 촉매의 산화철 부분이 반응에 관여하고 두 번째 반응이 일어날 때는 탄화철 부분이 반응에 관여해 산화철과 탄화철을 고르게 지지체 표면에 분포시켰다"고 설명했다.

이번 연구성과는 촉매 부문 최고 권위지인 '미국 화학회 촉매지 'ACS Catalysis' 9월호에 게재됐다.(논문명:Comparative Study of Olefin Production from CO and CO2 Using Na- and K-Promoted Zinc Ferrite)

 연구책임자 김용태 박사는 "개발 공정은 온실가스인 이산화탄소와 산업 부생가스를 모두 활용해서 국내 온실가스 저감에 큰 도움이 될 것"이라며 "향후 상용화되면 온실가스 감축과 수입대체 효과를 모두 달성할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.


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