태양전지를 접목한 메탄의 전기화학적 전환 시스템. 전해액에 담겨 있는 구리산화물-기반의 촉매 표면에서 메탄이 전기화학적으로 산화돼 메탄올로 전환된다. 이 산화반응은 태양전지에 의해 인가된 포텐셜에 의해 상온에서도 효율적으로 일어난다.[서강대 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 태양에너지를 이용해 지속적인 에너지 소비 없이 상온에서 메탄을 화학원료 등으로 널리 쓰이는 유용물질인 메탄올로 바꿀 수 있는 공정을 개발했다. 메탄은 천연가스와 셰일가스의 주성분이면서 동시에 기후변화를 일으키는 기체로, 메탄을 고부가가치 화학물질로 전환하는 공정은 지속가능한 발전을 위해 필요하다.

한국연구재단은 서강대학교 화공생명공학과 문준혁 교수 연구팀이 전기화학적 촉매를 이용해 상온에서 메탄을 산화시켜 메탄올로 전환하는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

용매 및 화학원료로 널리 사용되는 메탄올은 메탄(CH4)을 고온에서 산화 시켜 생성되는 합성가스를 이용해 제조된다. 그러나 수백℃에 이르는 공정조건으로 인해 막대한 에너지와 대규모의 공정 장비를 요구해 경제성 확보에 어려움이 있다.

연구팀은 산화에 사용되는 산소를 저장하고 운반하는 데 유리한 구리산화물과 세륨산화물이 혼합된 전이금속 산화물을 촉매로 이용, 산화반응을 촉진할 수 있는 전압을 촉매에 인가해 상온에서도 메탄의 전환반응을 유도했다.

이를 통해 상온에서 기존 화학촉매의 전환율을 넘어서는 메탄-메탄올 전환율과 80%가 넘는 메탄올 선택도를 달성했다.

특히 연구팀은 전압을 인가하는 데 있어 태양전지를 연결시켜 외부전원 공급 없이도 메탄 전환이 가능한 제로에너지 화학공정을 제시했다.

기존에는 메탄을 산화하기 위해 고온의 촉매반응을 이용했는데, 이 경우 큰 에너지와 대규모 공정이 필요한 것은 물론 다양한 부산물이 생성되는 한계가 있었다.

문준혁 교수는 “메탄의 화학적 전환에 있어 굴뚝산업으로 여겨지던 화학공정 대신 지속가능한 친환경 공정으로 대체할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에이씨에스 에너지 레터스’ 2월 15일 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com