숯에서 천연가스 주요 성분인 메탄을 생산하는 기술이 나왔다.

UNIST(총장 이용훈) 에너지화학공학과 백종범 교수팀은 볼-밀링법 기법을 이용한 탄화수소 가스 생산 기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 직접 나무를 태워 만든 숯을 원료로 써서 탄화수소의 일종인 메탄을 생산해내 실제 상업화 가능성도 보였다. 

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 설명했다. 

이 합성법은 작은 금속 구슬이 들어간 용기에 탄소 원료와 수소, 촉매를 넣은 뒤 용기를 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. 

이는 가장 느린 화학반응 중 하나인 탄화 수소 가스화 반응 속도를 볼 밀링의 기계화학적 에너지를 이용해 크게 개선한 덕분이라는 연구팀의 설명이다. 화학반응 속도가 느리면 경쟁 반응에 밀려 부산물이 많이 생기고 수율이 낮아질 뿐만 아니라 에너지 공급을 위해 고온의 반응 조건이 필요하다. 
* 탄화 수소 가스화 반응(Carbon hydrogasification): 탄소 원료를 분해해 가스 형태 탄화수소(탄소와 수소의 화합물로 석유, 천연가스 등이 탄화수소에 속한다)를 합성하는 반응. 탄화수소 합성뿐만 아니라 석탄과 바이오매스의 가스화, 배기가스 처리 등 탄소 관련 중요 산업에 널리 응용되고 있다. 

특히, 직접 만든 숯을 원료로 한 대용량(15L) 볼 밀링 공정에서도 전력 대비 메탄가스 생산 효율이 소규모 실험과 유사한 수준으로 높았다. 

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 화학분야 저명 국제학술지인 앙게반테케미 (Angewandte Chemie International Edition)에 게재됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부의 리더연구자지원사업(창의연구)과 우수과학연구센터(SRC), U-K Brand 육성사업(UNIST)의 지원으로 이뤄졌다.
(논문명: Extreme Enhancement of Carbon Hydrogasification via Mechanochemistry)

이현건 기자 다른기사 보기