나무 태워 메탄 생산했다 … 숯으로 천연가스 주성분 99.8% ‘완벽’ 합성기술 개발

UNIST 백종범 교수팀, 금속 구슬 굴리는 기법으로 개발

나무를 태워 만든 숯을 활용한 메탄생산 기술이 개발됐다.

[아시아경제 영남취재본부 김용우 기자] 나무를 태운 숯으로 천연가스의 주요 성분인 메탄을 생산하는 기술이 나와 상업화 가능성에 관심이 쏠리고 있다. 이론상 100%에 가까운 실제 가스 생산 효율이 나와 더 주목된다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 백종범 교수팀은 볼-밀링 기법을 이용한 탄화수소 가스 생산 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

직접 나무를 태워 만든 숯을 원료로 써서 탄화수소의 일종인 메탄을 생산하는 기술이어서 상용화 여부에 귀추가 주목된다.

백종범 교수는 “볼-밀링의 금속 구슬 충돌 힘으로 손쉽게 숯을 분해해 메탄가스를 제조할 수 있다”며 “숯과 유사한 석탄을 가스화하는 생산 공정에 응용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

이 합성법은 작은 금속 구슬이 들어간 용기에 탄소 원료와 수소, 촉매 등을 넣은 뒤 용기를 회전해 반응시키는 방식이다.

구슬이 충돌하는 힘으로 탄소 원료가 촉매와 반응해 강한 탄소 간 화학 결합이 깨지고, 분해된 탄소에 수소가 달라붙어 메탄이 합성되는 원리라고 연구팀은 소개했다.

여러 조건에서 탄화수소 가스화 반응을 비교해본 그래프.

볼 밀링으로 생산된 기체의 성분 분석. 메탄 성분이 99.8%로 가장 많은 것으로 나왔다.

연구팀은 새로 개발한 합성법으로 40℃의 저온과 일반적인 대기압 조건에서 99.8%까지 높은 수율로 메탄가스를 합성해 냈다. 기존 탄화수소 제조 공법은 600℃ 고온에서도 수율이 80% 수준인데 비교해 월등한 기술이다.

가장 느린 화학반응 중 하나인 탄화수소 가스화 반응 속도를 볼 밀링의 기계화학적 에너지를 이용해 크게 개선했기 때문에 가능했다는 게 연구팀의 설명이다.

화학반응 속도가 느리면 경쟁 반응에 밀려 부산물이 많이 생기고 수율이 낮아질 뿐만 아니라 에너지 공급을 위해 고온의 반응 조건이 필요하다.

특히 직접 만든 숯을 원료로 한 15L 대용량 볼 밀링 공정에서도 전력에 대비해 메탄가스 생산 효율이 소규모 실험과 유사한 수준으로 높았다.

제1저자로 연구를 주도한 UNIST 에너지화학공학과 가오펑 한(Gao-Feng Han) 박사(現 중국 지린대학교 교수)는 “탄화수소 가스화 반응은 탄소 관련 반응 중에서 가장 다루기 어려운 반응으로 고온의 대규모 공정이 필요하고 높은 수율을 갖기 힘들었는데 이를 볼-밀링 공정으로 해결했다”고 설명했다.

이번 연구는 화학분야 저명 국제학술지인 앙게반테케미 (Angewandte Chemie International Edition)에 게재됐다.

연구 수행은 과학기술정보통신부의 리더연구자 지원사업(창의연구)과 우수과학연구센터(SRC), U-K Brand 육성사업(UNIST)의 지원으로 이뤄졌다.

가오펑 한(Gao-Feng Han) 박사.

유니스트 백종범 교수.

영남취재본부 김용우 기자 kimpro7777@asiae.co.kr