고려대학교(총장 김동원) 문준혁 교수(고려대 화공생명공학과/스마트모빌리티학부)와 유종석 교수(서울시립대) 연구팀이 상온에서도 고효율로 메탄을 에탄올로 전환하는 전기화학촉매를 개발했다. 

이번 연구성과는 에너지 환경 공학/촉매 분야의 권위 학술지인 Applied Catalysis B: Environmental(IF:22.1)에 12월 30일자 온라인 게재됐다.

메탄은 이산화탄소보다 21배 강력한 온실가스이다. 우리나라의 경우, 메탄의 주요 배출원은 농업과 축산업이다. 특히, 소 한 마리가 1년 동안 배출하는 메탄가스는 소형차가 1년간 내뿜는 메탄의 양과 맞먹는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이렇게 배출되는 저농도 메탄을 처리하기 위해 기존 기술을 적용하기는 어렵다. 이는 기존 메탄 처리 기술이 고온 반응으로 인해 대규모 시설을 필요로 하기 때문이다. 최근 미국의 빌 게이츠는 사료를 통해 소의 메탄 배출을 줄이는 스타트업에 대규모 투자를 한 바 있다.

연구팀은 전기화학 촉매를 이용하여 상온에서 메탄을 에탄올로 전환하는데 성공했다. 연구팀은 탄산이온 용액에 포함된 산화철 촉매에 전압을 인가하는 경우 탄산이온이 분해되어 촉매표면에 활성 산소가 형성되고, 이 활성산소에 의해 메탄이 쉽게 산화된다는 것을 규명했다.

연구팀은 나아가 산소의 결합을 촉진하는 친산소성 지르코니움 원소를 도입하여 촉매 활성을 극대화했다. 연구팀은 상온에서 1677μmol/gcat/hr의 에탄올 생성 속도와 91%의 높은 에탄올 선택도를 달성했다. 이 생성속도와 선택도는 최근 보고된 액상 메탄-알코올 촉매적 전환 결과를 뛰어넘는다.

교신저자인 문준혁 고려대 교수는 "전기화학적 메탄 전환기술은 상온 반응에 의해 반응기를 소형화 할 수 있을 뿐만 아니라, 태양전지와 같은 친환경에너지를 활용 할 수 있다"고 말했다.

또한, 연구팀은 현재 반응 시스템도 함께 개발하고 있어, 이를 통해 저농도의 메탄을 효과적으로 처리할 수 있는 기술개발이 가능할 것으로 기대하고 있다.