'폐기물 합성가스, 고성능 수소로 전환' 촉매 기술 개발

창원대 정대운 교수팀 '요크-쉘 구조' 활용… 상용화 성큼
환경공학 국제학술지 'Chemical Engineering Journal' 게재

[창원=뉴시스]홍정명 기자 = 국립창원대학교는 환경에너지공학전공 정대운 교수 연구팀이 폐기물 유래 합성가스의 요크-쉘 구조 혁신을 통한 고성능 수소 전환 촉매 기술을 개발했다고 4일 전했다.

정 교수 팀의 연구 성과는 환경공학 분야 상위 3% 국제학술지 'Chemical Engineering Journal(IF 13.2, JCR 상위 3.6%)'에 게재됐다.

이번 연구는 폐기물의 가스화 과정에서 생성된 합성가스(syngas) 내 고농도 일산화탄소(CO)를 수소(H₂)로 전환하기 위한 Zn–CO 기반 스피넬 촉매(ZnCO₂O₄)의 구조 설계와 성능 향상에 중점을 두었다.

특히 기존 CO 기반 촉매의 고온 불안정성과 활성 저하 문제를 극복하기 위해 내부 핵(core)과 외부 껍질(shell) 사이에 빈 공간이 존재하는 '요크-쉘(yolk-shell)' 구조를 활용하여 설계했다.

해당 촉매는 고온에서도 금속 응집과 구조 붕괴를 효과적으로 억제하여 장시간 안정적 수소 전환 반응을 유도할 수 있는 것이 특징이며, 장시간 안정적 수소 생산이 가능하다.

개발된 촉매는 Zn:CO의 몰비를 최적화해 Zn–CO 간 상호작용을 극대화함으로써 안정적인 스피넬 구조를 구현했고, 상용 공정 대비 약 200배 높은 수준의 반응조건에서도 30시간 이상 높은 전환율을 안정적으로 유지하는 데 성공했다.

이는 기존 상용 촉매 대비 열적 안정성, 구조적 내구성, 반응 효율 면에서 모두 획기적으로 향상된 결과로, 폐자원 수소화 공정의 산업 적용 가능성을 한층 높인 기술이다.

정대운 교수는 "이번 연구는 폐자원을 활용한 고부가가치의 에너지 생산 기술을 한 단계 업그레이드한 사례이며, 구조 설계가 촉매의 성능에 매우 중요하다는 것을 입증한 결과"라고 강조했다.

또 "합성 공정 또한 간단한 만큼, 앞으로 후속 실증과 상용화가 빠르게 이어질 것으로 기대한다"고 덧붙였다.

이번 연구는 중견연구자 지원사업, 차세대 유망 Seed 기술 실용화 패스트 트랙사업, G-LAMP 사업, BK21 환경에너지융합교육연구단 지원을 통해 수행됐다.

정 교수 팀은 앞으로 폐자원 기반의 수소 생산공정 고도화와 친환경 촉매 기술 국산화를 위한 후속 연구를 이어갈 계획이다.

☞공감언론 뉴시스 hjm@newsis.com

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