가장 느리고 수율 낮은 탄화수소 가스화반응
구슬 이용해 저온 저압에서 수율 90% 성공

국내 연구진이 반응 용기에 숯과 금속 구슬을 넣고 회전반응 시켜서 천연가스를 얻는 방법을 개발해 주목받고 있다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 연구진은 볼-밀링 기법을 이용해 직접 나무를 태워 만든 숯을 원료로 써서 천연가스의 주 원료인 메탄을 생산하는 기술을 개발하는데 성공했다고 14일 밝혔다. 이번 연구 결과는 화학분야 국제학술지 ‘앙게반테 케미’에 실렸다.

연구팀은 작은 금속 구슬이 들어있는 용기에 탄소 원료와 수소, 촉매를 넣은 뒤 용기를 회전시켜 반응하 볼-밀링법에 주목했다. 볼-밀링법은 구슬이 충돌하는 힘으로 탄소 원료가 촉매와 반응해 강한 탄소간 화학결합이 깨지고 분해된 탄소에 수소가 붙어 메탄이 합성되는 원리이다.

연구팀은 40도의 저온과 일반 대기압 조건에서 99.8%라는 높은 수율로 메탄가스를 합성하는데 성공했다. 일반적으로 탄화수소 제조는 600도 고온에서 이뤄지는데 이 때 수율은 80% 안팎이었다. 탄소 원료를 분해해 가스 형태의 탄화수소를 합성하는 탄화수소 가스화 반응은 가장 느린 화학 반응 중 하나인데 연구팀은 볼-밀링이라는 기계화학적 에너지를 이용해 수율을 높일 수 있었던 것으로 해석됐다.

특히 연구팀이 직접 만든 숯을 원료로 한 대용량 15ℓ 볼-밀링 공정에서도 전력 대비 메탄가스 생산 효율이 소규모 실험실 규모의 실험과 유사한 수준으로 높은 것이 확인됐다.

백종범 UNIST 교수는 “탄화수소 가스화 반응은 탄소 관련 반응에서 가장 다루기 어려운 반응으로 고온 대규모 공정이 필요하고 수율도 높지 않았는데 이번 연구는 볼-밀링 기법으로 이를 간단히 해결했다는데 의미가 크다”고 말했다. 백 교수는 “숯과 유사한 석탄 가스화 생산 공정에서도 응용이 가능할 것”이라고 덧붙였다.