고려대, 메탄→에탄올 전환 촉매 기술 개발

[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구진이 상온에서 메탄을 선택적으로 에탄올로 전환하는 고성능 전기화학 촉매 기술을 개발했다.

왼쪽부터 고려대 화공생명공학과 문준혁 교수(교신 저자), 고려대 민희원 석박사통합과정(공동 제1저자), 고려대 김철호 박사(공동 제1저자), 고려대 최지윤 석박사통합과정, 고려대 심윤정 석사과정(사진=고려대 제공)

고려대는 문준혁 화공생명공학과 교수팀이 이러한 연구 성과를 얻었다고 25일 밝혔다. 연구 결과는 에너지 분야 저명 국제 학술지(Advanced Materials) 4월 23일 자로 게재됐다.

연구팀은 여러 금속 원소로 구성된 고엔트로피 산화물(HEO)을 활용해 메탄을 활성화하는 촉매 구조를 설계했다. 이 촉매는 코발트(Co)를 선택적으로 많이 포함하고 있어 코발트 중심의 단일원자 활성을 유도한다. 이를 통해 기존보다 정밀한 메탄 전환 제어와 높은 활성도를 확보할 수 있다.

연구팀은 이 촉매를 유동식 전기화학 셀(cell)에 적용, 연속 반응 조건에서 26mmol/gcat/h 수준의 에탄올 생산 속도를 달성했다. 여기에 더해 100시간 이상의 장기 실험에서도 결정 구조와 금속 산화 상태가 안정적으로 유지되는 내구성도 입증했다.

연구팀은 “기술 경제성 분석(TEA)에서 전해조 단가와 전력 비용이 약 25% 절감될 경우 생산 단가를 낮출 수 있음을 확인했다”며 “기존 바이오·석유 기반 에탄올 생산 공정보다 탄소 배출량이 최대 90%까지 줄어드는 효과가 나타났다”고 설명했다. 모의실험을 통해 해당 기술의 실용화 가능성을 확인한 셈이다.

연구팀은 이어 “메탄을 고부가가치 화합물로 전환하는 기술은 온실가스를 유용한 자원으로 활용할 실마리를 제공한다”며 “이를 통해 지속가능한 에너지 전환과 탄소중립 실현에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 중견연구사업 등의 지원을 받아 수행했다. 문준혁 교수는 “이번 연구 결과는 고엔트로피 소재 내부에 단일원자 활성점을 성공적으로 구현했다는 점에서 큰 의미가 있다”며 “이러한 접근은 메탄 전환뿐 아니라 다양한 연료 전환 및 산화 반응에도 확대 적용될 수 있을 것”이라고 했다.