메탄가스 분해 성공, 원유 대체할 물질 합성 실마리

[대전=이데일리 박진환 기자] 메탄가스를 대체에너지원과 플라스틱 등 다양한 화학제품의 원료로 활용할 수 있는 실마리가 풀렸다.

기초과학연구원(IBS) 분자활성 촉매반응 연구단의 백무현(KAIST 화학과 교수) 연구팀은 미국 연구진과 공동으로 전이금속인 이리듐을 활용한 붕소화 촉매반응을 개발해 메탄가스의 탄소-수소 결합을 끊고, 화학반응을 활성화하는 과정을 이론과 실험으로 증명했다. 특히 백 교수는 계산 화학으로 화학반응에 필요한 정확한 촉매후보물질을 예측했으며, 반응 메커니즘을 규명했다.

기존 연구에서 탄소-수소 결합 활성화 반응 생산율은 2~3%에 머물러 사실상 불가능에 가까운 화학반응으로 간주됐다. 그러나 IBS 연구팀은 촉매로 탄소-수소 결합 활성화 생성물의 생산율을 52%까지 끌어올렸다.

메탄가스는 탄소와 수소로만 이뤄진 탄화수소(hydrocarbon) 물질 중 하나로 매년 5억t 이상 발생하고 발생량이 점차 늘고 있다.

상온에서 기체 상태인 메탄가스를 액화시키려면 높은 압력과 온도가 필요하며, 이 과정에서 복잡한 공정과 함께 높은 경제적 비용이 문제점으로 지적받았다.

이번 연구는 메탄가스를 새로운 에너지원과 석유화학 산업의 원료로 사용할 수 있는 가능성을 보여줬다는 점에서 과학계는 물론 산업계에서 큰 관심을 보일 것으로 기대된다.

연구팀이 촉매반응으로 만든 탄소-수소 결합 활성화 생성물은 어떤 분자와 작용하느냐에 따라 다양하게 활용될 수 있다.

생성물에 물을 더하면 메탄올을 만들 수 있으며, 다른 화합물과 반응시키면 플라스틱, 의약품, 의류 등의 화학제품의 원료로도 사용할 수 있다.

또 연구진이 규명한 화학 반응을 활용하면 이산화탄소와 함께 기후 변화의 주요인으로 꼽히는 메탄가스를 제어할 수 있으므로 온실가스를 크게 줄일 수 있다.

다만 촉매로 사용한 붕소와 이리듐 가격이 고가라는 점에서 향후 이를 대체할 유기금속촉매 개발이 해결해야 할 과제로 남았다.

한편 이번 연구결과는 세계적 학술지인 사이언스(Science, if=33.611)에 3월 26일자에 게재된다.

기존 메탄가스 활용의 한계와 연구단이 실시한 탄소-수소 결합 활성 붕소화 촉매반응의 장점을 설명한 그림.