'이산화탄소→석유화학원료' 전환 세계 최고 기술 개발

화학연, 메탄 섞어 일산화탄소로 바꾸는 '건식 개질용' 촉매 및 공정 개발
민간에 기술 이전해 연5000t급 실증 상용화 연구 돌입

[아시아경제 김봉수 기자] 국내 연구진이 세계 최고의 이산화탄소(CO2) 석유화학 원료 전환 기술을 개발해 민간업체에 이전하는 등 상용화에 박차를 가하고 있다.

한국화학연구원은 장태선·허일정 환경자원연구센터 박사 연구팀이 그동안 기술개발이 어렵다고 알려져 있는 이산화탄소의 일산화탄소 전환을 위한 혁신적인 건식 개질용 촉매와 맞춤형 공정을 개발했다고 10일 밝혔다. 건식 개질이란 이산화탄소과 메탄을 반응시켜 합성가스를 제조하는 기술을 말한다. 화학연은 이번 연구 성과를 민간 기업에 기술 이전해 연간 5000t급 실증 상용화 연구를 공동 진행하는 조기 상용화를 추진하고 있다.

일산화탄소는 산소계 화합물, 플라스틱 등 다양한 화학원료의 필수적 핵심 물질이다. 하지만 석유화학 산업에서 일산화탄소를 생산하고 있는 기존의 기술들은 모두 온실가스를 대량으로 배출하는 문제점이 있다. 따라서 전세계적으로 온실가스 감축효과, 부가가치를 고려한 탄소 채집 저장 활용(CCU) 기술이 반드시 필요한 상황이다.

만약 CCU 기술로 일산화탄소를 제조할 수만 있다면, 온실가스 대량 배출은 획기적으로 줄이되, 후속 공정을 그대로 유지하여 CCU 제품 생산이 가능해진다. 대표적으로 자동차 내·외장재 등에 활용되는 ‘폴리우레탄’ 시장은 연간 약 7조원, 접착제, 위생필름, 신발 등에 활용되는 ‘에틸비닐아세테이트’ 시장은 연간 약 2조7000억원 가량의 대체 효과가 예상된다.

연구팀은 대표적 온실가스인 CO2를 획기적으로 개선된 건식개질 방식을 통해 석유화학공정의 핵심 원료이자 플랫폼화합물인 ‘일산화탄소’를 제조하는 기술을 개발했다. 기존의 건식개질 기술이 반응 중 탄소 입자 생성에 의한 촉매 비활성화로 인해 연속운전이 어렵다는 점을 극복하기 위해 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4)에서 탄소(C)입자가 형성되는 조건 및 원인을 밝혀냈다. 이를 통해, 약 1t의 일산화탄소 제조를 위해 약 1.053t의 이산화탄소를 감축하는 일석이조의 효과를 얻을 수 있었고, 일산화탄소 제조 공정에 약 1만 시간 가량을 적용할 수 있는 안정한 촉매를 확보했다.

연구팀은 앞으로 촉매 효율을 높이고 공정을 최적화해 기존 석유화학 유래 제품 대비 온실가스 감축효과를 더욱 향상시키고 경제성을 확보 기술을 개발 중이다. 그 외에도 파일럿 규모에서 제조된 일산화탄소를 활용해 초산, 메탄올, 디메틸카보네이트를 제조하는 등 응용 확대를 준비 중이다.

이미혜 화학연 원장은 "석유화학산업 공정의 일부를 CCU 기술로 대체해 이미 시장이 존재하는 기존 제품을 생산할 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다"면서 "우리나라가 탄소중립 관련 산업에서 경쟁력을 확보할 수 있는 좋은 사례가 될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr