[지금은 기후위기] 이산화탄소 줄게, 나프타 다오!


화학연, 고성능 촉매기술 개발

화학연 연구원이 이산화탄소와 수소 반응을 통해 합성 나프타를 생산하고 있다.[사진=정종오 기자]

[아이뉴스24 정종오 기자] 온실가스 배출량을 줄이지 않으면 미래는 어떻게 될까.

한국기후변화연구원은 지난 3월 지금과 같이 온실가스가 배출될 경우 2100년 우리나라는 ▲이산화탄소 농도 940ppm ▲기온 섭씨 7도 증가 ▲온난일 93.4일 증가 ▲강수량 14% 증가할 것이라고 분석했다. 이 때문에 발생하는 피해는 무려 3천128조원에 이를 것으로 내다봤다.

온실가스 중 이산화탄소 배출량을 줄이자는 목소리가 전 세계적으로 커지고 있다. 이런 가운데 한국화학연구원이 탄소 저감 연구개발에 적극적으로 나서고 있다. 지금의 에너지 과소비 구조를 효율화시키는 작업을 하고 있다. 두 번째로 이산화탄소에서 합성 나프타를 만드는 시스템 개발에 나섰다. 탄소 포집 기술은 물론이다.

이산화탄소를 나프타로 직접 전환할 수 있는 고성능 촉매기술이 최근 개발돼 눈길을 끌고 있다. 25일 화학연은 대전 본원에서 관련 현장 브리핑을 갖고 그 의미에 대해 소개했다. 나프타는 기초 화학 원료이다. 화학연 차세대탄소자원화연구단(연구단)은 이산화탄소를 기초 화학 원료인 나프타로 직접전환하는 공정에 사용되는 고효율 촉매 제조 기술을 선보였다.

이번 기술을 통해 앞으로 ‘이산화탄소의 대량 저감’과 ‘기초원료 생산’의 일거양득(一擧兩得) 효과를 볼 수 있을 것으로 기대된다.

화학연이 이산화탄소를 나프타로 직접 전환하는 고성능 촉매를 개발했다. [사진=화학연]

나프타는 원유(석유) 정제과정에서 나온다. 석유화학 기초원료나 휘발유의 원료로 사용된다. 우리나라 석유화학 산업은 세계 4~5위의 규모이다. 연간 약 5천400만톤의 나프타 국내 소비를 통해 약 6천100만톤의 온실가스를 배출하고 있다.

2050년 탄소 중립에 도달하더라도 기초원료 물질인 나프타의 사용은 지속적으로 필요하다. 진정한 탄소 중립에 도달하기 위해서 화석 연료 기반이 아닌 이산화탄소 등의 미활용 탄소원을 활용해 나프타로 대체하는 기술이 꼭 필요하다.

연구단이 이번에 개발한 이산화탄소를 기초 화학 원료로 직접전환하는 기술의 핵심은 이산화탄소를 낮은 온도에서도 쉽게 반응시키면서 부산물을 적게 생성하는 방식이다.

섭씨 800도 이상의 높은 온도가 필요한 이산화탄소 간접전환 방식과 비교했을 때 300도의 낮은 온도에서 진행되는 직접전환 공정은 전력공급이 안정적이지 못한 환경에서도 가동될 수 있다. 이 방식은 다만 이산화탄소의 전환 효율이 낮고 일산화탄소, 메탄 등의 부산물이 많이 만들어져 상용화에 어려움이 있었다.

이런 문제 해결책을 모색하던 중 연구단은 코발트를 원자단위로 철과 합금시키면 성능을 대폭 높일 수 있다는 사실을 알아냈다. 이를 통해 이산화탄소를 낮은 온도에서도 쉽게 반응시키면서도 부산물은 적게 생성하는 고성능 촉매를 개발한 것이다.

그 결과 기존 전환 기술(16% 수준)보다 높은 22% 이상의 나프타 수율을 확보했다.

[사진=화학연]

연간 이산화탄소는 453만톤 저감 가능할 것으로 기대된다. 나프타는 254만톤 생산 가능할 것으로 예상된다. 이는 석유화학산업 온실배출량의 약 7.4%를 줄일 수 있는 양이다.

전기원 화학연 박사는 “이번에 개발된 원천기술을 바탕으로 앞으로 전환 효율 향상과 경제성 확보를 위한 추가 연구가 수행될 예정”이라며 “수요 기업체들과 협업해 파일럿플랜트로 규모를 키우는 연구에 힘을 기울이겠다”고 말했다.

한편 연구 결과는 촉매 분야 국제학술지 ‘ACS Catalysis’에 실렸다.

◆현장 동영상보기(https://youtu.be/bSIayH-t1zQ)

/세종=정종오 기자(ikokid@inews24.com)







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