메탄을 태양에너지로 메탄올 만든다

서강대 문준혁 교수팀, 제로에너지 화학 공정 개발
상온·상압 상태에서 태양전지와 금속촉매로도 가능

서강대 문준혁 교수팀이 태양전지에서 나오는 전기를 촉매에 전달해 메탄을 메탄올로 바꾸는 화학공정을 개발했다. 서강대 문준혁 교수 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 상온에서 태양에너지와 촉매만으로도 메탄을 메탄올로 만드는 기술을 개발했다. 이 기술은 금속촉매와 태양전지의 전기를 이용한 원리로 추가적인 전원 공급이 필요없는 제로에너지 화학 공정 개발의 가능성을 제시한 것이라고 연구진은 설명했다.

한국연구재단은 서강대 문준혁 교수팀이 전기화학적 촉매로 50℃ 온도에서 메탄에 탄소를 결합해 메탄올로 전환하는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 문준혁 교수는 "메탄의 화학적 전환에 있어 굴뚝산업으로 여겨지던 화학공정 대신 지속가능한 친환경 공정으로 대체할 수 있을 것"이라고 기대했다.

연구진이 개발한 기술을 이용한 결과 별다른 압력을 주지 않고 상온에서도 메탄이 메탄올로 바뀌는 전환율이 80%를 넘었다.

이는 기존 화학공정의 전환율을 뛰어넘는 수치다. 또한 메탄에 촉매 1g을 이용해 1시간동안 얻은 메탄올은 약 750μmol에 달했다.

다양한 화학원료로 널리 사용되는 메탄올은 메탄을 고온에서 산화시켜 생성되는 합성가스를 이용한 간접적인 방식으로 만들고 있다. 메탄은 천연가스와 셰일가스의 주성분이면서 동시에 기후변화를 일으키는 기체다. 메탄을 고부가가치 화학물질로 전환하는 공정은 지속가능한 발전을 위해 필요하다. 기존에는 메탄을 산화하기 위해 높은 온도의 촉매반응을 이용했다. 이 경우 수백도 온도를 만들기 위한 큰 에너지와 대규모 공정이 필요한 것은 물론 다양한 부산물이 생성되는 한계가 있다.

연구진은 우선 구리산화물과 세륨산화물을 혼합해 촉매를 만들었다.

이 촉매는 메탄이 탄소와 결합하는데 필요한 것으로 산화에 사용되는 산소를 저장하고 운반하는데 유리하다. 상온에서 이 촉매에 태양전지에서 나오는 전기를 흘려주면 화학반응을 일으켜 메탄이 메탄올로 바뀐다.

이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 'ACS 에너지 레터스(Energy Letters)'에 지난 15일 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자