일본산업뉴스요약

천연가스, 간단히 액체 연료로
도쿄공업대, 인듐으로 신 촉매 개발 / 수송과 저장을 싸게

도쿄공업대학의 야마나카(山中) 교수 연구팀은 1회의 화학반응으로 천연가스에서 액체 연료나 화학 원료를 추출할 수 있는 촉매를 개발하였다. 희소 금속인 인듐을 사용하였다. 천연가스의 주성분인 메탄을 액체인 벤젠이나 가솔린 등으로 바꾼다. 냉각하여 액체로 변환하는 기존 방법과 비교하여 저가로 수송이나 저장이 가능하다고 한다. 2년 후의 기술 확립을 목표하고 있다.

천연가스는 통상 섭씨 영하 162도로 냉각한 액화천연가스(LNG)를 수송한다. 화학반응을 사용하여 액체로 바꾸는 ‘GTL(Gas To Liquid)’은 다단계의 공정이 필요하며 대형 플랜트에서 방대한 에너지를 소비하여 변환한다.

연구팀은 반응을 촉구하는 촉매에 인듐을 사용하였다. 이산화규소(실리카)로 직경 100마이크로미터(마이크로는 100만분의 1)의 미립자를 만들어, 그 표면에 수 마이크로미터의 인듐을 붙였다. 화학적으로 안정적이며 반응이 어려운 메탄을 벤젠 등의 액체 연료로 직접 변환할 수 있다. 1회 공정에서 반응이 이루어지며, 소형 장치에서 적은 에너지로 변환이 가능하다고 한다.

메탄을 섭씨 900도에서 반응시켜, 개발한 촉매의 성능을 자세하게 해석하였다. 생성물 중 약 30%는 벤젠, 약 20%는 가솔린 성분 등으로 구성되어 있으며, 이를 합하면 약 절반이 액체 연료로 되었다. 남은 절반은 기체인 에틸렌이었다.

촉매가 반응하는 섭씨 900도에서 인듐은 액체가 된다. 표면을 분석해 보니, 마치 파도가 치는 듯한 모양으로 되어 있어 요철이 생기기 쉬운 상태라는 것을 알 수 있었다. 고체 상태와 비교해 활성화되면서 메탄과 반응이 쉬워졌다고 보고 있다.

고체 촉매를 활용하는 기존의 방법은, 반응에서 발생한 불순물인 탄소가 표면에 붙어서 반응을 방해해 성능이 쉽게 떨어지는 문제가 있었다. 새로운 촉매는 불순물이 쉽게 쌓이지 않아 12시간의 실험 동안에 성능은 거의 떨어지지 않았다.

신 촉매의 수율은 실험에서는 2.8%에 그쳤다. 앞으로 촉매 성분 등의 연구를 통해 수율을 높여, 실용화가 가능한 10% 이상을 2년 이내에 달성할 수 있도록 한다. 신 촉매로 소형 장치를 실용화할 수 있다면 가스전(田) 등에서 바로 액체 연료로 변환할 수 있다.

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