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국립창원대 정대운 교수 연구팀, 온실가스로 수소 만드는 고성능 촉매 개발 성공! 메탄·이산화탄소 동시 활용 촉매 활성과 안정성 상충관계 극복 세계적 국제학술지 'Chemical Engineering Journal' 게재 승인 
국립창원대학교 환경에너지공학전공 정대운 교수 연구팀은 27일 대표적인 온실가스인 메탄(CH₄)과 이산화탄소(CO₂)를 동시에 활용해 수소와 고부가가치 화학원료인 합성가스를 생산할 수 있는 고성능 촉매 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 환경공학 분야의 세계적 권위 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’ 게재가 승인됐다. 해당 학술지는 JCR 기준 영향력지수(Impact Factor) 12.5, JCR 기준 ‘Engineering, Environmental’ 분야 상위 4.55%(Rank = 4/88)에 해당하는 국제학술지다.
이번 연구는 국립창원대 정대운 교수 연구팀과 계명대학교 이열림 교수 연구팀이 공동으로 수행했으며, 연세대학교 및 산업체 연구진도 참여했다. 연구팀은 기존 니켈(Ni)계 촉매의 핵심 난제인 반응 활성과 고온 안정성의 상충관계를 극복하는 새로운 촉매 설계 전략을 제시했다.
메탄 건식개질(Dry Reforming of Methane, DRM)은 메탄과 이산화탄소를 반응시켜 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 생산하는 유망한 탄소자원화 기술이다. 그러나 기존 니켈계 촉매는 고온에서 금속 입자가 뭉치는 소결(Sintering)과 탄소 침적(Coke Deposition)으로 성능이 저하되며, 안정성을 높일수록 반응에 필요한 활성 니켈의 형성이 어려워지는 기술적 한계가 있었다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 니켈-산화세륨(Ni-CeO₂) 촉매에 산화마그네슘(MgO)과 산화바륨(BaO)을 동시에 도입했다. 산화마그네슘은 니켈 입자의 성장을 억제해 고온 안정성을 높이고, 산화바륨은 활성 니켈의 형성을 촉진하는 상호보완적 역할을 수행했다. 이를 통해 촉매의 활성과 안정성을 동시에 향상시키고, 두 첨가제의 작용 원리를 규명했다.
개발된 촉매는 750℃의 고온과 높은 가스 공급 조건에서도 12시간 후 약 86%의 메탄 전환율을 유지했으며, 40시간 연속 운전에서도 메탄과 이산화탄소 전환율을 각각 약 80%, 83% 수준으로 유지하는 우수한 성능을 보였다. 이번 성과는 기존 촉매의 활성과 안정성 간 상충관계를 해결할 수 있는 새로운 설계 방향을 제시한 것으로, 향후 온실가스 자원화와 수소 및 합성가스 생산 기술의 효율성과 실용화 가능성을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다.
국립창원대 정대운 교수는 “이번 연구는 온실가스를 유용한 에너지 자원으로 전환하는 동시에, 기존 촉매의 핵심 난제였던 활성과 안정성의 상충관계를 규명하고 극복할 수 있는 설계 전략을 제시했다는 점에서 의미가 크다”며 “앞으로도 고성능 촉매와 공정기술의 고도화를 통해 탄소자원화 및 친환경 수소 생산 기술의 실용화에 기여하겠다”고 설명했다.
*붙임: 국립창원대 정대운 교수 연구팀의 온실가스 동시 전환용 고성능 복합 촉매 개발 연구성과 개략도. 끝.
내용 문의 : 스마트그린공학부 환경에너지공학전공(055.213.3740)
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