울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 백종범 교수 연구팀이 숯을 원료로 천연가스의 주요 성분인 메탄을 생산하는 합성법을 개발했다고 14일 밝혔다.

연구팀에 따르면 이 합성법은 작은 금속 구슬이 들어간 용기에 탄소 원료와 수소, 촉매를 넣은 뒤 용기를 회전해 반응시키는 '볼-밀링법'을 이용했다.

구슬이 충돌하는 힘으로 탄소 원료가 촉매와 반응해 탄소 간 화학 결합이 깨지고, 분해된 탄소에 수소가 달라붙어 탄화수소의 일종인 메탄이 합성되는 원리다.

연구팀은 이 기술로 40도의 저온과 일반적인 대기압 조건에서 높은 수율(99.8%)로 메탄가스를 합성해 냈다.

기존 탄화수소 제조 공법은 600도 고온에서도 수율이 80% 수준이었다.

이는 가장 느린 화학 반응 중 하나인 탄화수소 가스화 반응 속도를 볼-밀링의 기계 화학적 에너지를 이용해 개선한 덕분이라고 연구팀은 설명했다.

화학 반응 속도가 느리면 경쟁 반응에 밀려 부산물이 많이 생기고 수율이 낮아질 뿐만 아니라 에너지 공급을 위해 고온의 반응 조건이 필요하다.

특히 직접 만든 숯을 원료로 한 대용량(15L) 볼-밀링 공정에서도 전력 대비 메탄가스 생산 효율이 소규모 실험과 유사한 수준으로 높았다.

백종범 교수는 "볼-밀링의 금속 구슬 충돌 힘으로 손쉽게 숯을 분해해 메탄가스를 제조할 수 있다"며 "숯과 유사한 석탄을 가스화하는 생산 공정에 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구 결과는 화학 분야 국제 학술지인 '앙게반테 케미'(Angewandte Chemie International Edition)에 게재됐다.

연구는 과학기술정보통신부의 리더연구자지원사업과 우수과학연구센터, UNIST U-K 브랜드 육성사업의 지원으로 이뤄졌다.