지구온난화 주범 '메탄'의 변신..메탄올 에너지로 바꾼다

- 연세대 이상엽 교수팀, 자연계 효소 모방 촉매 개발

촉매를 이용하여 메탄 분자를 메탄올 등의 부가가치가 높은 화학 물질로 전환하는 기술을 묘사한 그림.[연세대학교 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국연구재단은 연세대학교 이상엽 교수 연구팀이 메탄을 메탄올로 직접 전환할 수 있는 자연 효소의 활성화 부위를 모방한 금속유기물구조체 원리를 이용해 단원자 활성 촉매를 개발했다고 밝혔다.

메탄은 지구온난화를 일으키는 온실가스의 주성분으로 알려져 있지만, 천연가스의 주성분이기도 해 이를 미래의 연료로 활용하려는 노력이 활발하다.

하지만 메탄을 에너지 자원인 메탄올로 변화시키는 촉매작용을 일으키려면 매우 높은 온도와 압력으로 진행되는 공정이 수반되어야 하기 때문에 많은 에너지와 비용이 필요하다는 한계가 있었다.

연구팀은 자연계에서 메탄을 메탄올로 전환시키는 pMMO(particulate Methane MonoOxygenase) 효소의 생물학적 구조를 모방한 촉매 시스템을 개발하면 보다 경제적인 메탄 전환 공정을 개발할 수 있을 것이라는 점에 착안, 효소의 활성화 부위를 모방한 금속유기구조체를 활용해 메탄 전환 효소 모방 촉매를 개발했다.

pMMO 효소의 활성화 부위는 히스티딘 아미노산에 구리 이온이 배위된 구조로 이뤄져 있는데, 이 부위에서 메탄올로의 전환 반응이 일어나게 된다.

연구팀은 이 활성화 부위를 모방해 이미다졸 작용기와 금속 이온으로 구성된 제올라이트 형태의 금속유기물구조체를 형성, 이 구조체에 구리 이온을 담지하여 메탄 전환 효소를 모방한 촉매를 제작했다.

X-ray 분석을 통해 효소의 활성화 부위와 유사한 구조를 가진 단일 구리 원자 활성화 부위가 형성됐음을 확인한 연구팀은 이 부위에서 발현되는 메탄의 전환 반응에 대한 메커니즘을 제시할 수 있었다.

개발된 촉매는 기존의 금속유기구조체 기반의 메탄 전환 촉매들과 비교해 향상된 메탄 전환 특성을 나타냈으며, 기존 대비 손쉽게 제작할 수 있다는 특징을 나타냈다.

연구팀은 “부생가스 활용 및 탄소자원화 전략과 연계하여 활용될 수 있을 것으로 기대된다”며 “지속적인 연구를 통해 셰일 가스의 상업화 가능 기술개발 및 기술이전 등으로 연계하여 화학 산업의 발전뿐만 아니라 국내 온실가스 저감에도 기여할 수 있을 것으로 예상하고 있다”고 밝혔다.

한국연구재단이 추진하는 C1 가스리파이너리사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’에 8월 3일 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com