이산화탄소(CO2)를 수소(H2), 일산화탄소(CO) 등 합성가스로 전환하는 기술이 실증화에 성공해 탄소중립 실현에 기여할 것으로 기대된다.

한국화학연구원(원장 이영국)은 CO2에너지연구센터 장태선 박사 연구팀이 이산화탄소로부터 석유화학 플랫폼 화합물인 합성가스를 생산할 수 있는 핵심 실증촉매 및 공정기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

또한 이 기술을 이전 받은 ㈜부흥산업사가 연간 8,000톤의 합성가스 생산이 가능한 세계 최대 규모 CO2활용 건식개질 플랜트를 울산산업단지 내에 구축 완료하고 5일 ㈜부흥산업사 울산공장에서 ‘CO2 활용 건식개질 플랜트’ 완공식을 개최했다고 전했다.

이번 연구 성과는 화학 분야 유일 정부출연연구기관인 화학연과 국내 CCU 전문기업인 ㈜부흥산업사와의 오랜 공동연구를 통해 이뤄낸 쾌거이며, 특히 소재에서부터 공정에 이르기까지 순수 국내 기술로 개발되었기에 더욱 의미가 있는 것으로 평가된다.

이번에 완공된 플랜트 운영을 통해 상용화를 위한 막바지 연구를 수행하고, 2024년부터는 CCU(Carbon Capture and Utilization, 탄소 포집 및 활용) 제품을 본격적으로 생산할 계획이다.

수소와 일산화탄소로 이루어진 합성가스는 암모니아, 알코올, 플라스틱 등 다양한 화학원료의 필수적인 핵심 물질이다.

반면에 석유화학 산업에서 합성가스를 생산하고 있는 기존의 기술들은 모두 온실가스를 대량으로 배출하는 문제점이 있다. 따라서 기존 기술 대비 온실가스를 획기적으로 줄일 수 있는 ‘온실가스 감축형 합성가스 제조기술’이 필요하다.

이에 연구팀은 CO2를 합성가스로 제조하는 건식개질 기술의 핵심 원천촉매 및 공정을 개발해, 세계 최고의 온실가스 감축효과를 보이는 합성가스 제조 기술을 확보했다.

기존의 건식개질 기술은 반응 중 탄소 입자 생성에 의한 촉매 비활성화로 인해 상용화가 어려워 지난 100여 년 동안 석유화학산업의 오랜 숙제로 남아있었는데, 연구팀은 탄소생성이 크게 억제된 세계 최고 수준의 실증 촉매 및 맞춤형 공정을 개발했다.

이를 통해 약 1ton의 일산화탄소를 생산하면 약 1.053ton의 이산화탄소를 감축하게 되는 일석이조의 효과를 얻을 수 있으며, 합성가스 제조 공정에 약 1만 시간 가량을 적용할 수 있는 안정한 촉매를 확보했다.

㈜부흥산업사는 구축된 건식개질 플랜트 운영 및 후속 연구를 통해서 촉매 효율을 높이고 공정을 최적화하여 기존 석유화학 유래 제품 대비 온실가스 감축효과를 극대화하고 경제성을 확보할 계획이다. 그 외에도 제조된 합성가스를 활용하여 초산, 메탄올, 디메틸카보네이트를 제조하는 등 다양한 분야에 응용하기 위한 준비도 지속 진행 중에 있다.

화학연 이영국 원장은 “이번 세계 최대 규모 CO2활용 건식개질 플랜트는 핵심 촉매와 공정개발 모두 국내 기술로 확보했다는 점에서 의의가 있으며, CCU 기술이 탄소중립 실현에 실질적으로 기여할 수 있음을 보여주는 좋은 사례가 될 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 한국화학연구원 기본사업, 산업통상자원부 에너지기술개사업 지원으로 수행됐다.