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온실가스 감소·수소 생산성 높일 촉매 개발
우리 대학 생명화학공학과 자패르 야부즈(Cafer T. Yavuz) 교수 연구팀이 장시간 사용해도 코킹(coking)과 소결(sintering) 현상이 발생하지 않는 메탄의 건식 개질 반응(dry reforming of methane) 촉매를 개발했다.
연구팀의 기술은 온실가스의 가장 큰 부분을 차지하는 이산화탄소와 메탄을 이용해 합성가스를 생산할 수 있는 기술로, 지구온난화 해결에 이바지할 것으로 기대된다. 또한, 개발된 촉매는 비활성화 없이 안정적으로 합성가스를 생산할 수 있어 수소 생산성 향상 및 합성가스 생산비용 절감 등의 효과를 기대할 수 있다. 야부즈 교수 연구팀은 단결정 마그네슘 산화물의 꼭짓점에서 탄소가 자라는 현상을 발견하고 이를 막기 위해 니켈 기반의 니켈-몰리브데넘 합금 나노입자를 올리는 방법을 설계했다. 이러한 기술은 향후 다른 개질 반응 및 기존의 수소 생산반응인 메탄의 습식 개질 반응에도 직접 적용이 가능할 것으로 기대된다.
송영동 박사과정이 1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘사이언스 (Science)’ 2월 14일 자에 게재됐다.(논문명 : Dry reforming of methane by stable Ni-Mo nanocatalysts on single crystalline MgO)
메탄의 건식 개질 반응은 온실가스인 메탄과 이산화탄소를 동시에 감축할 수 있으면서도 화학산업의 기반이 되는 합성가스를 생산할 수 있어 큰 관심을 받고 있다. 하지만 반응이 진행될수록 촉매의 표면에 탄소가 쌓여 반응성을 낮추는 코킹(coking) 현상과 나노입자가 서로 뭉치게 되는 소결(sintering) 현상 때문에 실제 산업에서 적용에 큰 어려움이 있다.
연구팀은 문제를 해결하기 위해 니켈-몰리브데넘 합금 나노입자를 단결정의 마그네슘 산화물 지지체에 담지했다. 이렇게 제조된 니켈-몰리브데넘 합금 나노입자 촉매는 800도로 온도를 높이는 과정에서 단결정 지지체의 꼭짓점을 막아 안정되는 현상을 보였다. 이는 충분한 열에너지가 공급됐을 때 니켈-몰리브데넘 나노입자가 지지체의 표면을 이동하다가 열역학적으로 불안정한 꼭짓점을 덮은 후 안정화되는 원리임을 규명했다.
연구팀은 개발한 촉매를 온도변화에 민감한 메탄의 건식 개질 반응에 적용하기 위해 온도를 변화시키며 활성도를 측정했다. 그 결과 800도에서 700도까지의 변화 구간에서도 활성도가 안정적인 것으로 나타났으며, 반응 중간에 온도를 상온으로 낮추었다가 재가동해도 활성도에 영향을 주지 않음을 확인했다. 나아가 실제 산업에서 사용하는 반응조건에 적용하기 위해 고압 조건에서 측정한 결과 15바(bar)의 압력에서도 안정적인 것으로 나타났다. 또한, 장시간 안정성 역시 800도에서 850시간 동안 사용 후에도 코킹 및 소결 현상이 발생하지 않는 것으로 확인됐다.
연구팀이 개발한 촉매는 메탄의 건식 개질 반응에 적용할 수 있어 온실가스 감축을 통한 환경문제 해결에 큰 도움을 줄 수 있다. 또한, 현재 수소생산의 90% 이상을 차지하는 메탄의 습식 개질 반응에도 직접 적용이 가능하다. 이를 통해 합성가스 생산비용 절감, 니켈 기반의 저렴한 촉매생산, 성능 강화 등에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.
1 저자인 송영동 박사과정은 “그동안 큰 문제였던 코킹 현상을 값비싼 귀금속이나 복잡한 제조과정 없이 해결할 수 있는 촉매를 개발했다”라며 “단결정 위에서 나노입자가 안정화되는 기술을 다른 지지체와 금속 나노입자를 이용해 적용하면 다양한 문제를 해결할 수 있을 것이다”라고 말했다.
이번 연구는 사우디 아람코-KAIST CO2 매니지먼트 센터 및 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
2020.02.18 조회수 11546 -
강성모 총장, 세계경제포럼서 KAIST 이산화탄소연구소 소개
강성모 총장은 1월 20일~ 23일 스위스 다보스에서 열리는 세계경제포럼 연차총회(일명 다보스포럼)에 참석해 인류의 지속가능한 미래를 위한 KAIST의 연구 활동에 대해 설명했다.
강 총장은 21일(현지시간) 국제 지속가능한 캠퍼스 네트워크(ISCN: International Sustainable Campus Network)와 글로벌대학리더포럼(GULF: Global University Leaders Forum)이 공동으로 주관한 ISCN-GULF 회의에서 ‘사우디 아람코-KAIST 이산화탄소 연구소’를 대학의 저탄소 그린캠퍼스 사례의 하나로 소개했다.
KAIST는 지난 2013년 세계 최대 석유회사인 사우디 아람코(Saudi Aramco)와 협력해 KAIST에 이산화탄소 연구소를 설립했다. 연구소는 지구 온난화 주범으로 꼽히는 이산화탄소를 포집하고 저장하거나, 혹은 다른 화학성분으로 전환하는 등 대기 중 온실가스 배출량을 획기적으로 감축할 수 있는 혁신기술 개발을 위한 공동 연구를 진행하고 있다.
강 총장은 “연구소 설립 이래 그동안 두 기관은 의미 있는 성과를 거두었다”며 “현재 박사과정 학생 20명을 포함해 100명 이상의 학생들이 이산화탄소의 포집, 저장, 전환, 각 산업별 감축 전략 제시 등 10개의 연구 과제를 사우디아람코와 함께 수행하고 있다”라고 말했다.
이어 “이산화탄소 배출량 감소를 위한 정부나 산업계의 정책 수립을 지원하고, 저탄소 녹색성장에 관한 국내외 세미나, 워크샵, 교육 프로그램 개최 등 다양한 학술활동의 기회도 제공하고 있다”고 했다.
이번 ISCN-GULF 회의에서는 하버드대학, 예일대학, 홍콩과학기술대학, 게이오대학을 포함해 총 20개의 세계 유수대학이 환경 친화적인 캠퍼스 시설 구축, 에너지 절감 정책, 생물 다양성 보존 및 캠퍼스 녹지화에 대한 주제로 의제를 발표했다.
ISCN은 대학이 교육, 연구, 캠퍼스 인프라 등을 통해 지속가능한 발전을 도모하고 이를 위한 실천 가능한 정책이나 방안을 제시함으로써 인류의 환경과 개발에 기여하고자 2007년에 설립된 세계 대학 간 협력기구다.
MIT, 옥스퍼드대학, 프린스턴대학 등 현재 75개 이상의 대학이 회원으로 있으며 지난 2009년부터 세계경제포럼의 대학협력기구인 GULF와 함께 공동으로 ISCN-GULF 회의를 개최하면서 각 대학에서 진행하고 있는 지속가능한 발전 사례들을 발표해오고 있다. 끝.
2016.01.22 조회수 8193 -
사우디 아람코-KAIST CO2 공동연구센터 출범
- CO2 배출량 줄이기 위해 양 기관이 6년간 6천만 달러 연구비 지원 -
지구온난화 문제해결을 위해 KAIST에 국내 최대 규모의 CO2 연구센터가 설립됐다.
우리 학교는 세계 최대 석유회사인 사우디 아람코(총재 칼리드 에이 알-팔레, Khalid A. Al-Falih)와 함께 대전 본원 KI빌딩 5층에 ‘사우디 아람코-카이스트 CO2 공동연구센터’를 설립하고 20일 오전 11시 개소식을 가졌다.
석유와 가스 매장량 규모에서 각각 세계 1위와 4위를 차지하고 있는 전 세계 최대의 산유국인 사우디아라비아의 국영석유회사인 아람코가 자국이 아닌 해외에 CO2 관련 연구센터를 직접 설립하고 연구에 대한 자율권을 보장하며 연구비까지 지원하는 것은 극히 이례적인 일로 받아 들여 지고 있다.
사우디 아람코는 그동안 외부 연구과제에 대해서는 연구주제를 직접 정해 미국과 프랑스 등 2개국 연구기관들과만 제휴를 통해 위탁형태로 발주해서 진행, 관리해왔기 때문이다.
지난 1월 7일 사우디 아람코 본사에서 양측이 양해각서(MOU)를 체결 한 후 약 한 달 반 만에 전격적으로 문을 연 CO2 공동연구센터는 아람코와 KAIST 연구진들이 지구 온난화의 주범으로 꼽히는 CO2 배출량을 줄이기 위한 혁신기술 개발을 위한 공동 연구를 수행하게 된다.
학교 관계자는 ‘사우디 아람코-카이스트 CO2 공동연구센터’ 개소식을 20일 개최한 배경에 대해 “사우디 아람코측에서 알-팔레 총재와 각별한 사이인 서 총장이 KAIST 재임기간 중에 행사를 열고 싶다는 뜻을 강하게 전해왔기 때문”이라고 설명했다.
이날 개소식에 KAIST에서는 서남표 총장을 비롯, 이용훈 교학부총장, 주대준 대외부총장, 백경욱 연구부총장, 조동호 ICC부총장, 강정구 기획처장 등이, 사우디 아람코 측에서는 사미르 에이 추바옙(Samir A. Tubayyeb) 엔지니어링 서비스부문 부사장과 에쉬레프 알-가자위(Ashraf Al-Ghazzawi) R&D센터 연구소장 등이 내빈으로 참석했다.
이밖에 외빈으로는 민계식 前 현대중공업 회장과 유종하 前 외무부 장관, 나세르 알-마하세르(Nasser Al-Mahasher) 에스오일 대표, 이동우 롯데캐미칼 연구소장, 곽병성 SK이노베이션 글로벌 테크놀로지부문 사장, 김대유 STX 사장 등이 자리를 함께 했다.
이날 문을 연 ‘사우디 아람코-카이스트 CO2 공동연구센터’는 앞으로 CO2 포집은 물론 지구 온난화의 주범인 CO2 배출량을 획기적으로 줄이고 경제성 있는 물질로 전환하는 연구개발을 중점적으로 수행한다.
특히 KAIST와 사우디 아람코는 “각 기관이 보유하고 있는 기술을 상호 공유하는 한편 연구원 교류 및 공동연구, 주요 연구자원 공동 활용, 연구과제 수행 등 전 방위적인 협력을 하게 될 것”이라고 학교 관계자는 설명했다.
이를 위해 양 기관은 공동 연구센터에 각각 500만 달러씩 매년 1천만 달러를 매칭펀드 형식으로 투자하는데 첫 연구기간인 올부터 오는 2018년까지 6년간 모두 6,000만 달러 (한화 약 648억원) 규모의 연구비를 지원키로 했다.
이와 함께 KAIST와 사우디 아람코는 CO2 공동연구센터를 우선 KI빌딩에 설치해 운영하되 곧 양측 관계자들이 참여하는 ‘공동건물위원회’를 구성하고 KAIST 대전 본원 인근에 건평 기준 약 5,000평 규모의 전용 연구센터를 설립할 계획이다.
‘공동연구위원회’는 이밖에 연구방향은 물론 연구 주제와 연구과제 수 결정 등에 대해 완전한 자율권한을 가지고 이를 추진해 나갈 방침이다.
서남표 총장은 이날 축사를 통해 “CO2 공동연구센터 설립은 “사우디 아람코와 KAIST의 돈독한 유대관계를 보여주는 좋은 사례”이라며 의미를 부여했다.
백경욱 연구부총장은 “사우디 아람코와의 CO2 공동연구센터 설립은 KAIST가 인류 삶의 질을 향상시키기 위해 과학기술 분야에서 해결해야 할 난제 중 우선적으로 CO2 문제해결을 위해 노력하는 첫 걸음”이라며 “KAIST는 과학기술계가 풀어야 할 난제에 하나씩 지속적으로 도전해 나갈 것”이라고 강조했다.
2013.02.20 조회수 13298