일본산업뉴스요약

CO₂에서 CO를 만드는 촉매 성능 향상
반응 속도 5배 이상 / 산총연∙홋카이도대, 화학품에 재이용

산업기술총합연구소의 도미나가(富永) 연구팀장은 이산화탄소(CO₂)에서 알코올 등의 원료가 되는 일산화탄소(CO)를 만드는 촉매의 성능을 향상시키는 기술을 개발하였다. 촉매를 넣은 특수한 액체를 미립자의 표면에 얇게 도포한 것을 사용함으로써 반응 속도를 5배 이상으로 높였다. 시멘트 공장이나 화력발전소에서 발생하는 CO₂의 유효 이용에 도움이 된다. 5년 이내에 기술을 확립한다.

홋카이도대학의 니시다(西田) 교수 연구팀과 야스다(安田) 교수 연구팀의 공동 성과다. 신기술은 알코올이나 알데히드 등의 화학품을 합성하는 ‘히드로포르밀화 반응’이라는 화학 반응에 사용한다. 세계에서 연간 1,000만톤 이상의 화학품을 생산할 때에 사용되고 있으며 메탄에서 발생시킨 CO를 원료로 사용하고 있다.

이온 액체라고 부르는 특수한 액체에 촉매를 추가하여 이산화규소의 미립자 표면에 수 ㎚(나노는 10억분의 1)의 두께로 도포한다. 미립자는 직경 100~200㎛(마이크로는 100만분의 1)로, 표면에는 미세한 구멍이 무수히 있다. 그로 인해 표면적이 늘어나기 때문에 촉매의 반응 속도가 높아지는 구조다.

CO₂를 CO로 바꾸는 기존의 촉매로 시험하였다. 반응 용기에 미립자와 원료를 넣고, 섭씨 170도에서 10시간 반응시켰다. 반응 속도는 미립자를 사용하지 않는 경우와 비교하여 5.5배가 되었다. 반응 후에 발생한 CO가 쉽게 분리되면서 반응이 쉬워졌다고 보고 있다. 10회 사용한 후에도 기능은 거의 떨어지지 않았다.

실험에서는 희소금속인 루테늄을 포함한 촉매를 사용하였다. 연구팀은 저가의 니켈로 대체하여 재료 비용을 100분의 1 정도로 낮춘 촉매도 개발하고 있다. CO₂를 효율적으로 CO로 변환할 수 있으면, 시멘트 공장이나 화력발전소 등에서 발생한 CO₂를 화학품 생산에 이용할 수 있다.

앞으로는 CO₂를 화학품으로 직접 변환하는 촉매 등으로도 시험하여 CO₂의 유효 이용으로 연결시킨다. 미립자를 통 모양의 용기에 담아 원료를 부어 넣어, 연속하여 반응이 일어나는 장치도 개발한다.

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