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지구온난화 주범 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 세계 최고 건식개질 기술 상용화 발판 마련
작성자하이브파트너스 조회수1,239 등록일2022-02-03KRICT 온새미로
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지구온난화 주범 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는
세계 최고 건식개질 기술 상용화 발판마련
화학공정연구본부
화학연 환경자원연구센터 연구진
전 세계적으로 탄소중립 선언 및 탄소국경세 추진을 서두르고 있는 상황에서, 국내 연구진이 이산화탄소(CO2)로 석유화학 원료를 대체하여 석유화학, 정유, 철강분야 등 다양한 산업분야의 ’CCU(탄소포집활용) 제품’ 생산을 위한 핵심기술 개발에 성공했다. 화학연 환경자원연구센터 장태선·허일정 박사 연구팀은 그동안 이 분야에서 기술개발이 어렵다고 알려져 있던 ▲혁신적인 건식개질(이산화탄소와 메탄을 반응시켜 합성가스를 제조하는 기술)용 촉매와 ▲맞춤형 공정을 개발하였다. 이는 이산화탄소(CO2)로 석유화학 산업의 ‘플랫폼화합물’인 일산화탄소(CO)를 생산할 수 있는 핵심기술이다.
화학연은 이번 연구 성과를 화학기업인 ㈜부흥산업사에 기술이전하여 5,000톤급/연 실증상용화 연구를 공동 진행하고 있고, 조기 상용화를 준비하고 있다. 향후에는 CCU 기술 분야 관련 국내외 기업과의 적극적인 협업을 통해 국내 개발이 가속화 될 것으로 전망된다. 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 감축 효과, 부가가치를 고려한 CCU 기술이 반드시 필요한 상황이다.
만약 CCU 기술로 일산화탄소를 제조할 수만 있다면, 온실가스 대량 배출은 획기적으로 줄이되, 후속공정을 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 2.7조 원가량의 대체 효과가 예상된다. 이에 연구팀은 획기적으로 개선된 건식개질 방식을 통해, 대표적 온실가스인 CO2를 석유화학공정의 핵심 원료이자 플랫폼화합물인 ‘일산화탄소’로 전환하는 기술을 개발하였다.
이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 건식개질 기술.
연구팀은 기존의 건식개질 기술이 반응 중 탄 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 1톤의 일산화탄소 제조를 위해 약 1.053톤의 이산화탄소 감축하는 일석이조의 효과를 얻을 수 있으며, 일산화탄소 제조 공정에 약 1만 시간 가량을 적용할 수 있는 안정한 촉매를 확보하였다.
연구팀은 이번 연구의 후속으로 촉매 효율을 높이고 공정을 최적화하여, 기존 석유화학 유래 제품 대비 온실가스 감축효과를 더욱 향상시키고 경제성을 확보하는 기술을 개발 중에 있다. 그 외에도 파일럿 규모에서 제조된 일산화탄소를 활용하여 초산, 메탄올, 디메틸카보네이트를 제조하는 등 응용 확대를 위한 준비도 지속적으로 함께 진행 중에 있다. 화학연 이미혜 원장은 “이번 성과가 석유화학산업 공정의 일부를 CCU 기술로 대체하여 이미 시장이 존재하는 기존 제품을 생산할 수 있다는 점에서 큰 의미가 있고, 이를 계기로 우리나라가 탄소중립 관련 산업에서 경쟁력을 확보할 수 있는 좋은 사례가 될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 한국화학연구원 주요사업과 산업통상자원부 에너지기술개발사업 지원으로 수행됐다.