[위즈뉴스] 숯에서 천연가스 주요 성분인 메탄을 생산하는 기술이 나왔다.
UNIST(총장 이용훈)는 14일, 에너지화학공학과 백종범 교수팀이 '볼-밀링법' 기법을 이용한 탄화수소 가스 생산 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번에 개발한 기술은 직접 나무를 태워 만든 숯을 원료로 활용해 탄화수소의 일종인 메탄을 생산해 냄으로써 실제 상업화 가능성도 보인 것으로 전해졌다.
이변 연구 결과를 담은 논문은 화학분야의 SCI급 저명 국제학술지 '앙게반테케미(Angewandte Chemie International Edition, IF=15.336)' 2월 23일자에 게재됐다.
논문명은 'Extreme Enhancement of Carbon Hydrogasification via Mechanochemistry'이며, 백종범 교수가 교신저자로, UNIST 가오펑 한(Gao-Feng Han) 박사가 제1저자로 참여했다.
연구팀의 백종범 교수는 “볼-밀링의 금속 구슬 충돌 힘으로 손쉽게 숯을 분해해 메탄가스를 제조 할 수 있다”며 “숯과 유사한 석탄을 가스화하는 생산 공정에 응용할 수 있을 것”이라고 말했다.
볼-밀링법은 작은 금속 구슬이 들어간 용기에 탄소 원료와 수소, 촉매를 넣은 뒤 용기를 빠른 속도로 회전해 반응시키는 방식이다. 구슬이 충돌하는 힘으로 탄소 원료가 촉매와 반응해 강한 탄소 간 화학 결합이 깨지고, 분해된 탄소에 수소가 달라붙어 메탄이 합성되는 원리다.
연구팀은 새로 개발한 합성법으로 40℃의 저온과 일반적인 대기압 조건에서 높은 수율로(99.8%) 메탄가스를 합성해 냈다. 기존의 탄화수소 제조 공법은 600℃ 고온에서도 수율이 80% 수준이었다.
연구팀은 "이같은 성과가 나올 수 있었던 것은 가장 느린 화학반응 중 하나인 탄화 수소 가스화 반응 속도를 볼-밀링의 기계화학적 에너지를 이용해 크게 개선한 덕분"이라고 설명했다.
화학반응 속도가 느리면 경쟁 반응에 밀려 부산물이 많이 생기고 수율이 낮아질 뿐만 아니라 에너지 공급을 위해 고온의 반응 조건이 필요하다.
특히, 직접 만든 숯을 원료로 한 대용량(15L) 볼-밀링 공정에서도 전력 대비 메탄가스 생산 효율이 소규모 실험과 유사한 수준으로 높았다.
탄화 수소 가스화 반응(Carbon hydrogasification)이란 탄소 원료를 분해해 가스 형태 탄화수소(탄소와 수소의 화합물로 석유, 천연가스 등이 탄화수소에 속한다)를 합성하는 반응으로, 탄화수소 합성뿐만 아니라 석탄과 바이오매스의 가스화, 배기가스 처리 등 탄소 관련 중요 산업에 널리 응용되고 있다.
[그림설명] 대규모 탄화 수소 가스화 반응 이미지
a, 나무 조각과 열처리를 통해 만든 숯 사진 b, 15 L 용량의 대규모 볼밀링 시스템 사진 c, 소규모와 대규모 반응의 생성량 비교표. 전력량 대비 메탄 생산량이 대규모 공정에서도 높음을 알 수 있다.
이번 논문의 제1 저자로 연구를 주도한 UNIST 에너지화학공학과 가오펑 한(Gao-Feng Han)박사(現 중국 지린대학교 교수)는 “탄화 수소 가스화 반응은 탄소 관련 반응 중에서 가장 다루기 어려운 반응으로 고온 대규모 공정이 필요하고 높은 수율을 갖기 힘들었는데, 이를 간소화 된 볼-밀링 공정으로 해결했다”고 설명했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 리더연구자지원사업(창의연구)과 우수과학연구센터(SRC), U-K Brand 육성사업(UNIST)의 지원으로 수행됐다.
