온실가스로 '한국산 알파올레핀' 만든다

온실가스를 활용해 온실가스 없이
고부가 화학물질 '알파올레핀' 생산

개발된 철-산화아연 촉매. 이 고체촉매를 사용하면 촉매는 부생가스와 이산화탄소의 동시전환을 수행할 수 있다. 산화철과 탄화철이 고르게 산화아연 지지체 표면에 분포돼 있다.

[아시아경제 황준호 기자] 온실가스인 이산화탄소와 잠재적 온실가스로 분류되는 산업 부생가스를 활용해, 전량 수입되는 화학물질인 알파올레핀을 만드는 공정 기술이 개발됐다. 내년 파일럿 실증 결과에 따라 실용화가 이뤄지면 환경도 지키고 알파올레핀의 국산화에도 기여할 기술이 될 것으로 예상된다.

김용태 한국화학연구원 박사의 연구팀은 에틸렌과 비싼 촉매 없이도, 온실가스인 이산화탄소와 버려지는 산업 부생가스, 저렴한 촉매를 활용해서 알파올레핀을 만드는 새로운 촉매 공정 기술을 개발했다. 이 기술을 소개한 논문은 국제학술지인 미국 화학회 촉매지(ACS Catalysis)에 최근 실렸다.

친환경 알파올레핀 생산법.. 비용도 저렴

알칼리 금속의 추가에 따른 일산화탄소와 이산화탄소의 전환 반응성을 보여주는 그래프다. 철-아연 촉매에 첨가제로 나트륨을 넣은 경우 일산화탄소와 이산화탄소가 알파올레핀으로 전환되지만 전통적으로 사용되던 첨가제인 칼륨을 넣은 경우, 표면의 탄소층 형성 때문에 반응성이 낮아져 이산화탄소가 일산화탄소로만 전환된다.

새로 개발된 공정 기술의 핵심은 철광석을 원료로 한 촉매 제조 기술이다. 이산화탄소가 화학반응을 거쳐 일산화탄소가 되는 과정, 일산화탄소가 알파올레핀이 되는 두 가지 과정이 한 시스템 안에서 일어날 수 있도록 했다. 연구팀은 이 공정을 실현하기 위해 철-산화아연 촉매를 개발했다. 나트륨을 첨가제로 사용해 산화아연 지지체 표면에 산화철과 탄화철이 고르게 분포된 촉매다. 이 촉매를 사용하면 이산화탄소에서 일산화탄소가 만들어지는 첫 번째 과정에서 산화철이 촉매로 사용된다. 이어 일산화탄소에서 알파올레핀이 만들어지는 두번째 과정에는 탄화철(철에 탄소가 결합한 물질)이 촉매로 쓰인다.

이 촉매를 통해 생성되는 알파올레핀은 전량 수입에 의존하는 정밀화학원료다. 세정제, 윤활유, 화장품, 플라스틱 등을 만드는데 알파올레핀이 활용되는데, 윤활유의 경우 알파올레핀이 첨가되면 부식방지 등의 기능이 좋아 최고급 윤활유로 분류된다. 전세계 알파올레핀 시장은 연간 400만톤 수준이고, 이중 10만톤 정도가 국내 시장 규모로 추산된다.

연구팀은 이번에 개발한 공정이 버려지는 온실가스를 원료로 활용할 수 있으며 반응의 결과물로 온실가스가 배출되지 않는다는 장점이 있다고 밝혔다. 특히 이 공정은 기존 공정보다 원료와 촉매에 들이는 비용을 약 4분의 1 수준으로 줄일 수 있다.

내년 생산 검증

부생가스와 CO2 동시전환을 통해 얻어진 액체 생성물.

연구책임자인 김용태 박사는 "개발 공정은 온실가스인 이산화탄소와 산업 부생가스를 모두 활용해서 국내 온실가스 저감에 큰 도움이 될 것"이라며 "내년까지 미니 파일럿 운전을 통해 일당 1kg 알파올레핀 생산을 검증할 계획"이라고 말했다.

논문 1 저자인 양선규 연구원은 "지금까지 알파올레핀을 만드는 공정 연구는 대부분 일산화탄소에서 알파올레핀을 만드는 두 번째 반응에 치중돼 있었다"라며 "이번 연구는 이산화탄소를 처리해야 하는 기업에게 방향성을 제시할 것"이라고 말했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr