일본산업뉴스요약

상온∙상압에서 CO₂를 메탄으로
시즈오카대학, CO₂ 대폭 삭감에 성공

시즈오카대학의 후쿠하라(福原) 교수 연구팀은 상온∙상압에서 이산화탄소(CO₂)를 메탄으로 변환하는 방법을 개발하였다. 니켈과 산화세륨의 촉매를 사용하면 통상은 섭씨 200~300도에서 반응이 일어난다. 그러나 CO₂와 수소 외에 산소를 소량 더했더니 낮은 온도에서도 반응을 시작하였다. 화력발전소 등에서 배출되는 CO₂를 대폭 삭감할 수 있을 것으로 보고 있다. 5년 이내에 장치를 대형화하여 대규모 실증실험을 목표한다.

CO₂는 지구온난화의 원인이 되는 온난화 가스 중 하나다. 화력발전소나 공장 등에서 배출되는 CO₂를 삭감하는 기술 개발이 활발하다. 배출된 CO₂를 회수하여 땅속에 저류하는 ‘CCS’나 자원으로서 이용하는 ‘CCU’ 연구도 진행 중이다.

CO₂에서 메탄을 합성하여 이용하는 기술을 메타네이션이라 한다. 20세기 초에 프랑스의 과학자 폴 사바티에가 CO₂와 수소에서 메탄을 합성하는 사바티에 반응을 발견한 것이 시작이다. 메탄은 연료가 되기 때문에 촉매 반응을 활용하여 CO₂를 유효 이용하는 연구가 진행되고 있다.

해외에서는 유럽연합(EU) 등이 프로젝트를 진행한다. 일본에서도 신에너지산업기술총합개발기구(NEDO)의 프로젝트에서 히타치조선이 실증실험을 시작하였다. 기업의 움직임도 활발하다. 그러나 섭씨 300~400도라는 고온에서 촉매 반응이 진행되기 때문에 온도 관리가 어렵다.

연구그룹은 상온∙상압 등 통상의 조건에서 반응을 일으키는 방법을 모색하고 있었다. 니켈과 산화세륨의 촉매는 섭씨 200~300도에서 반응한다.

실험에서는 CO₂와 수소의 혼합가스에 수%의 산소를 섞어 촉매 하에서 반응시켰다. 산소와 수소가 반응해 발생하는 열과 메타네이션의 열로 실온 환경에서도 촉매 상은 자발적으로 온도가 상승해 반응이 일어났다. 산소의 비율이 적기 때문에 발생한 메탄이 산소와 반응해 CO₂를 만드는 일은 없었다.

이번 방법은 약 70%의 효율로 메탄을 합성할 수 있었다. 또한 60시간 연속으로 반응시켜도 반응 효율은 떨어지지 않았다. 산소 농도는 수% 정도지만 화력발전소 등에서 배출되는 가스에는 4~6%의 산소가 포함되어 있어, 유화물 등의 불순물을 제거하면 배출가스를 촉매에 통과시켜 메타네이션에 이용할 수 있을 것으로 기대한다.

세륨은 희소원소이기 때문에 앞으로는 보다 저가의 촉매 개발을 목표한다. 이번 방법은 수소가 CO₂의 6배나 필요하다. 현재는 수소를 싸게 제조하는 기술이 없다. 물의 전기분해로 수소를 만들면 제조 과정에서 많은 CO₂가 발생한다. 앞으로는 재생에너지를 이용해 싸게 대량의 수소를 만드는 기술도 필요해진다.

 -- 끝 --