[더리포트] 한국화학연구원이 에틸렌과 비싼 촉매 없이도, 온실가스인 이산화탄소와 버려지는 산업 부생가스, 그리고 저렴한 촉매를 활용해서 알파올레핀을 만드는 새로운 촉매 공정 기술을 개발했다.

3일 화학연구원에 따르면 이번 공정의 핵심 기술은 철광석을 원료로 한 촉매 제조 기술이다. 공정의 화학반응을 단순화하면 크게, 이산화탄소가 화학반응을 거쳐 일산화탄소가 되는 과정, 일산화탄소가 또 다른 화학반응을 거쳐 알파올레핀이 되는 과정 두 가지다.

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

김용태 박사팀은 공정의 효율화를 위해 두 과정을 한 시스템 안에서 일어날 수 있도록 한 촉매에 산화철과 탄화철을 모두 포함시켰다. 지지체 물질인 산화아연의 표면에, 산화철과 탄화철이 균일하게 들어갈 수 있도록 촉매를 만든 것이다.

첫 번째 반응이 일어날 때는 촉매의 산화철 부분이 반응에 관여하고, 두 번째 반응이 일어날 때는 탄화철 부분이 반응에 관여한다. 따라서 산화철과 탄화철을 고르게 지지체 표면에 분포시키는 게 관건인데 연구팀은 나트륨을 첨가제로 써서 가능하게 했다.

연구책임자 김용태 박사는 “개발 공정은 온실가스인 이산화탄소와 산업 부생가스를 모두 활용해서 국내 온실가스 저감에 큰 도움이 될 것이다. 향후 상용화되면 온실가스 감축과 수입대체 효과를 모두 달성할 수 있을 것으로 기대된다. 내년까지 미니 파일럿 운전을 통해 일당 1kg 알파올레핀 생산을 검증할 계획이다.” 고 말했다. 

논문 1 저자인 양선규 연구원은 “지금까지 알파올레핀을 만드는 공정 연구는 대부분 일산화탄소에서 알파올레핀을 만드는 두 번째 반응에 치중되어 있었다. 이산화탄소를 전환해서 알파올레핀을 만드는 연구는 정교하게 진행되지 않았다. 이번 연구는 이산화탄소를 처리해야 하는 기업에게 방향성을 제시할 것이다.”고 말했다. 

이번 연구성과는 그 우수성을 인정받아 촉매 부문 최고 권위지인 『미국 화학회 촉매지 (ACS Catalysis), IF:12.35』9월호에 게재됐으며, 과학기술정보통신부 한국연구재단 차세대 탄소자원화 연구단의 지원을 받아 수행됐다.