에너지연, 온실가스 수소화 고내구성 촉매 개발

작성일 08-13

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="GhQPq2yjsC">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="71b12d317fd12b109f702bdb0d4112e3946e44ddcdd6aa1b22cfdf11aa815699" dmcf-pid="HlxQBVWAmI" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="에너지연 연구진이 촉매반응을 실험하고 있다." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/13/etimesi/20250813104525924itki.jpg" data-org-width="700" dmcf-mid="y8oL6RFOwS" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/13/etimesi/20250813104525924itki.jpg" width="658"></p>
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            에너지연 연구진이 촉매반응을 실험하고 있다.
           </figcaption>
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          <p contents-hash="73282348b5ff0dad6859fc1a50a3e8a242d9f432dde823ec4a37f1662ae14c05" dmcf-pid="XSMxbfYcEO" dmcf-ptype="general">한국에너지기술연구원(원장 이창근)은 김희연·최윤석 고온수전해연구실 박사팀이 정우철 서울대 재료공학과 교수와 공동연구로, 온실가스로 에너지원을 생산하는 '건식 개질 반응' 촉매 개량에 성공했다고 13일 밝혔다. 개발 촉매는 고내구성을 기반으로 기존 촉매보다 금속 사용량을 대폭 줄여 경제성을 크게 높였다.</p>
          <p contents-hash="71dd4d4b392e6561f90a37271bc319793cc743353815c9a40a498b656e1a5511" dmcf-pid="ZvRMK4GkEs" dmcf-ptype="general">건식 개질 반응은 대표적 온실가스인 메탄과 이산화탄소를 고온 반응시켜 수소·일산화탄소를 합성하는 기술이다. 지구온난화에 대응하고 에너지원을 생산할 수 있어 활발히 연구 중이다.</p>
          <p contents-hash="89ef17bd14c2798507ca45480bcecbd236427a746960c5e2f2e9dc514d44b213" dmcf-pid="5TeR98HEwm" dmcf-ptype="general">건식 개질 반응에는 주로 저렴하면서 성능이 우수한 니켈 촉매가 사용되는데, 반응 과정 중 탄소가 촉매 표면에 쌓여 성능이 급격히 저하된다.</p>
          <p contents-hash="469db4d222bd668abaec74506a13b06406eb187202c263c0214b901132fb36bb" dmcf-pid="1L03yXj4wr" dmcf-ptype="general">대안으로 페로브스카이트 구조 산화물을 활용한 자가생성촉매 기술이 주목받고 있다. 자가생성촉매는 금속이 지지체 내부에 존재하다가 반응 조건이 갖춰지면 표면으로 빠져나와 반응 활성점을 형성하는 기술이다. 빠져나온 금속 입자는 지지체와 강하게 결합하고 탄소 침적을 효과적으로 억제할 수 있다.<br></p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="d3e71c3fa272bba0d31eda22bf16eec57741cfc45ae6a30f9868e8d61fb91c2a" dmcf-pid="top0WZA8rw" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="기존 촉매와 개발한 촉매의 내구성 비교 도표" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/13/etimesi/20250813104527252bnld.jpg" data-org-width="700" dmcf-mid="YqDEiaBWOh" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/13/etimesi/20250813104527252bnld.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            기존 촉매와 개발한 촉매의 내구성 비교 도표
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="42c666999ee364fcbbdebe37aa14f6e443b9e8c232b4142b16417e5ade536972" dmcf-pid="FgUpY5c6mD" dmcf-ptype="general">연구진은 원자 간 결합력을 최적 조건으로 조정해 고온 건질 개질 반응 조건에서도 안정적으로 작동하는 자가생성촉매를 개발했다.</p>
          <p contents-hash="3e0efd6e3db3c238c4406ff00c8fc216475d7c43b407c2d25eaa6ee962905211" dmcf-pid="3auUG1kPmE" dmcf-ptype="general">자가생성촉매는 내부 금속 원소가 표면으로 쉽게 이동할수록 반응 속도가 빨라진다. 하지만 연구에 사용된 란타늄망간화합물계 페로브스카이트 산화물 지지체는 원자 간 결합이 강해 내부 금속 입자가 빠져나오기 어려웠다. 이를 위해 연구진은 산화물 지지체 내 란타늄을 칼슘으로 치환해 원자 간 결합력을 낮추고 더 많은 양의 니켈이 촉매 표면으로 이동할 수 있도록 설계했다. 또 칼슘 치환량 최적 범위를 도출했다.</p>
          <p contents-hash="bf371c444309d700335ed91bb4a78129755ac63bd85f182368554e64eda1915a" dmcf-pid="0N7uHtEQOk" dmcf-ptype="general">개발 촉매를 기존 촉매와 비교한 결과, 동일 수준 합성가스 생산에 필요한 니켈양이 기존 3% 수준으로 줄어든 것을 확인했다. 또 기존 촉매는 연속 운전 시 점차 성능이 저하되는 것과 달리, 개발된 촉매는 800도, 500시간 운전 시에도 높은 전환 효율을 유지했으며 탄소 침적 현상도 전혀 관찰되지 않았다.</p>
          <p contents-hash="c41e16c2fddd754d699107d81a2a048318a562c2e52a913f137560af1c7c27e1" dmcf-pid="pjz7XFDxDc" dmcf-ptype="general">김희연 박사는 “기존 니켈 촉매가 가진 탄소 침적 문제를 효과적으로 해결하면서도, 원료 비용과 공정 비용 부담을 크게 줄일 수 있는 획기적 기술”이라고 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="0dc6d0a11d653ec24548c9111a4c1b25167b58cc11dc392c13cc1bdab0b02776" dmcf-pid="UAqzZ3wMOA" dmcf-ptype="general">공동 교신저자 최윤석 박사는 “건식 개질 반응뿐만 아니라 다양한 탄화수소 연료 개질 공정, 고온수전해(SOEC) 등 차세대 에너지 변환장치 전반에 적용할 수 있는 원천기술을 확보했다”고 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="1c1d5f6963f19e768738ff46ea399524b73d80e0c282379a772519d53cd0ab57" dmcf-pid="ucBq50rRIj" dmcf-ptype="general">연구 결과는 '미국화학회 촉매학술지(ACS Catalysis'에 게재됐다.</p>
          <p contents-hash="ce3ca4163f3c33b2ac48e80529fe111f0f14592fac9f4a1931d7ec8e4ff5e758" dmcf-pid="7kbB1pmerN" dmcf-ptype="general">김영준 기자 kyj85@etnews.com</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 전자신문. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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