전남대 나경수 교수팀, 온실가스로 고부가화합물 생산기술 개발

nCo3O4@mSiO2 촉매·이산화탄소· 메탄을 활용해 아세트산, 메탄올을 생산하는 순차적 활성화 반응의 시각화 이미지./사진제공=전남대학교

전남대 나경수 교수(화학과)팀이 이산화탄소와 메탄과 같은 온실가스를 활용해 고부가화합물을 생산할 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다고 26일 밝혔다.

나 교수 연구팀은 지난해 12월 발표한 선행연구에서 개발한 순차적 활성화 반응의 실험 조건인 반응온도, 압력, 기체주입유량, 추출을 최적화하는 연구를 수행하면서 아세트산 생산성을 기존 선행연구 대비 약 10배 이상 향상하는 결과를 이끌냈다.

또 이 과정에서 단순히 이산화탄소와 메탄의 활성화 순서를 바꾸는 것만으로 아세트산 대신 메탄올을 선택적으로 합성하는 방법도 개발했다.


연구팀은 순차적 활성화 반응 과정에서 주입하는 기체의 순서에 따라 촉매 표면에 활성화되는 메탄 또는 이산화탄소의 상대적 농도가 다르다는 것을 확인했다. 농도의 차이가 반응 메커니즘 변화로 이어져 서로 다른 생성물이 합성되는 것을 밝혀냈다.

이 연구는 대표적 온실가스인 이산화탄소와 메탄만을 화학 반응의 원료 물질로 사용해 고부가화합물을 제조한다는 측면에서 탄소 중립의 핵심 기술로 평가받고 있다.

또, 연구팀이 제안한 기술은 새로운 화학반응법을 활용해 아세트산과 메탄올을 선택적으로 제조하며, 에너지 효율이 높아 상용화된 기존의 복잡한 다단계 공정을 대체할 수 있을 것으로 보여 관련 산업계에서도 비상한 관심을 나타내고 있다.


이번 연구는 환경공학 계열 최상위 저널인 'Applied Catalysis B: Environment and Energy' (영향력지수 22.1, JCR 상위 1% 이내) 최근 온라인판에 게재됐다.

나 교수팀은 지난해 온실가스를 원료로 활용해 아세트산을 높은 선택성으로 제조하는 이산화탄소와 메탄의 순차적 활성화 공정을 개발하면서, 이미 동일한 국제학술지에 논문을 게재한 바 있다. 후속 연구를 통해 같은 국제학술지에 6개월 만에 연속해서 논문을 게재하는 진기록을 세웠다.

이번 연구는 나 교수를 연구책임자로 전남대 양효근(석·박사통합과정), 권승돈(석·박사통합과정) 학생이 공동 1저자로 참여했으며, 이밖에도 최유열(석·박사통합과정), 장한빛(석·박사통합과정), 임우성(석사과정), 허준혁(석사과정), 김창기(석사과정) 학생, 한국가스공사의 송택용 박사가 참여했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자 지원사업, C1가스 리파이너리 사업과 한국가스공사, 교육부의 BK21FOUR의 지원으로 수행됐다.