아주대, 메탄→친환경 화합물 전환 기술 개발

[이데일리 신하영 기자] 국내 연구진이 메탄을 고부가가치 화합물로 전환하는 친환경 기술을 개발했다.

아주대 연구팀의 연구 결과가 표지논문으로 게재된 ACS 에너지 레터(ACS Energy Letters) 2월호 표지(사진=아주대 제공

아주대는 유성주 화학과 교수팀이 이러한 연구 성과를 거뒀다고 22일 밝혔다. 이번 연구에는 투이 하 응우옌(Thuy Ha Nguyen) 에너지시스템학과 박사과정 학생이 제1저자로, 박은덕 화학공학과 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 연구 결과는 국제 저명 학술지(ACS Energy Letters)에 게재됐으며, 한국연구재단 중점연구소지원사업 등의 지원을 받아 수행했다.

가정용·산업용 연료로 쓰이는 메탄(CH4)은 이산화탄소(CO2)보다 약 23배 강력한 온실효과를 일으킨다. 학계는 지속가능한 에너지 환경을 위해 메탄을 유용한 물질로 전환하는 연구에 천착해왔다.

문제는 메탄을 알코올·알데히드·산과 같은 유용한 화합물로 전환하려면 여러 단계의 복잡한 과정을 거쳐야 한다는 점이다. 이 과정에서 온실가스가 방출되는 등 환경 문제도 걸림돌이다.

연구팀은 이런 문제점을 해결하기 위해 빛·금 나노입자의 분광학적 상호작용을 이용했다. 산소(O2)의 양자역학적 성질을 변화시켜 메탄의 완전 산화 경로를 억제하는 저에너지 화학 프로세스를 개발한 것. 연구팀은 이런 과정을 거쳐 기체 상태의 메탄을 고부가가치 화합물인 액체 상태의 포름산(HCOOH)으로 97% 이상 전환하는 데 성공했다. 전환된 포름산은 섬유, 바이오 등 다양한 산업에서 활용될 뿐만 아니라 수소(H2)의 저장과 이동 시 사용할 수 있는 화합물이다.

유성주 교수는 “이번 분자의 스핀 전이가 관여된 촉매작용에 관한 연구 결과로서 새로운 탄소자원화 방안을 제시한 점, 현 분야의 이슈들 중 하나인 산화작용의 원리를 규명한 점에서 학술적 의의가 있다”며 “특히 산소 분자의 양자역학적 특성 조작으로 기존 메탄 활용 기술에 필요한 에너지 소모량과 이산화탄소 배출을 획기적으로 감소시킨 유용한 친환경 기술”이라고 강조했다. 그러면서 “앞으로 지속적인 연구를 통해 고효율 화학 기술 공정 개발과 탄소 활용, 수소에너지, 미세먼지 등 미래 에너지 환경 문제 해결에 기여할 것”이라고 덧붙였다.