화학공학과 배종욱 교수 연구팀, 이산화탄소를 석유화학 중간체로 전환 촉매 개발

– 온실가스 저감 및 친환경 석유대체 자원 개발에 활용 기대 –

이산화탄소를 활용해 청정연료 및 석유화학 제품을 생산할 수 있는 기반이 마련되었다. 배종욱 교수(본교) 연구팀은 균일한 중형 기공의 촉매를 이용해 이산화탄소로부터 유용한 석유화학 중간체를 생산하는 화학공정 기반기술을 개발하였다고 밝혔다.

석유자원의 고갈 및 지구온난화에 따라 이산화탄소의 효율적 제거 기술의 필요성도 증대되고 있다. 이산화탄소로부터 메탄올, 디메틸에테르 등의 중간체를 거쳐 다양한 석유화학 원료를 합성하는 촉매기술이 연구되어 왔지만, 아직까지 촉매가 비활성화 되면서 효율이 저하되는 문제가 남아있있다.

연구팀은 알루미나와 구리 나노구조가 합성된 촉매를 개발해 이산화탄소에서 디메틸에테르를 합성할 수 있도록 유도했다. 5~8 nm(나노미터)의 기공이 규칙적으로 세공된 알루미나가 구리의 열적 안정성을 향상시켜 고온‧고압의 반응조건에서도 촉매가 안정적‧효율적이었다.
(특히 갈륨 혹은 아연 산화물을 촉매에 보조적으로 포함시킴으로서 이산화탄소 전환율이 30% 이상 증대되었다.)

나아가 연구팀은 구조적으로 안정한 중형 세공*의 알루미나 및 제올라이트 촉매를 제조해 디메틸에테르로부터 석유화학 기초유분(올레핀, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등)을 합성하는 기술도 개발했다.

     * 중형세공 : 약 5～8 nm 크기의 기공이 규칙적으로 1차원으로 세공된 불균일 촉매

(그림) 개발된 촉매를 이용해 이산화탄소로부터 석유화학 중간체를 합성‧활용하는 과정

배종욱 교수는 “이 연구는 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 전환하는 새로운 안정화된 고효율 촉매기술이며, 향후 청정에너지 및 석유화학 중간체를 합성하는 기반 기술이 될 것”이라며 연구의 의미를 설명했다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 C1가스리파이너리사업의 지원으로 수행되었다. 화학분야 국제학술지 ‘ACS 카탈리시스(ACS Catalysis)’ 12월 10일에 논문으로 게재되었다.