천연가스 활용 ‘효소모방 촉매 시스템’ 개발

아주대학교 박은덕 교수 연구팀 산소 이용한 메탄 전환 기술 선봬

▲ 박은덕(왼쪽) 교수와 제1저자로 참여한 강종규 씨.

아주대학교 연구진이 셰일가스 등 천연가스의 주성분인 메탄을 상온에서 산화시킬 수 있는 ‘효소모방 촉매 시스템’을 개발했다. 이로써 풍부한 에너지 자원인 천연가스를 화학자원으로 활용할 가능성을 높이게 됐다.

아주대는 매우 온화한 조건에서도 메탄을 빠른 속도로 산화시킬 수 있는 철 화합물과 금속 촉매 시스템을 박은덕 에너지시스템학과 교수팀이 개발했다고 5일 밝혔다.

해당 연구는 촉매 분야의 저명 학술지인 「ChemCatChem」 9월호 표지논문으로 선정됐다. 논문의 제목은 ‘수소 존재 하에서 철염과 Pd/C촉매상에서 산소를 이용한 메탄의 수용액상 선택적 산화’다. 제1저자로는 강종규(아주대 에너지 시스템학과, 박사과정)씨가 참여했다.

아주대 연구팀이 주목한 천연가스는 화학제품의 원료로 사용하게 되면 기존 석유화학제품보다 가격경쟁력을 가질 수 있고, 선진국이 핵심 기술을 보유 중인 석유화학공정과 견줄 수 있는 독자적인 천연가스 기반 화학공정을 개발할 수 있다.

현재 천연가스의 주성분인 메탄은 석유와 달리 전 세계에 널리 분포해 있고, 미국과 중국 등에 매장된 셰일가스를 포함하면 석탄보다 오래 사용할 수 있는 자원이지만 아직은 연료로만 사용되고 있다. 또 메탄은 자연계에 존재하는 탄소와 탄소 간 단일 결합을 갖는 탄화수소 화합물 중에서 가장 강한 탄소와 수소결합을 갖고 있어 이를 활성화해 화학제품을 제조하는 것이 어려웠다.

하지만 아주대 연구팀은 이번 연구에서 상온에서 메탄의 탄소와 수소결합을 활성화해 메탄올과 포름산을 제조할 수 있는 촉매 시스템을 개발했다. 이는 과산화수소와 같은 고가의 산화제를 사용하는 기존 연구와 달리 공기 중에 있는 산소를 직접 활용해 연속적으로 메탄을 전환할 수 있는 기술을 새로이 선보인 것이다.

특히 아주대 연구팀은 자연계에 존재하는 메탄 산화 효소를 모방해 철이온을 활성금속으로 사용하고 공기 중 산소를 산화제로 사용한 촉매 시스템을 제안했다. NAD(P)H를 환원제로 사용하는 효소시스템과 달리 산업적으로 제조가 용이한 수소를 환원제로 사용해 연속적으로 메탄을 산화시킬 수 있는 촉매 시스템이다. 또 제시된 촉매 시스템을 통해 메탄의 강한 탄소와 수소결합을 끊어 메탄올과 포름산 등 다양한 메탄 산화체를 세계 최고 속도로 제조하고, 상온뿐만 아니라 0℃인 얼음물에서도 빠른 속도로 메탄을 화학제품으로 전환시킬 수 있음을 입증했다.

박종대 기자 [e-mail]