왼쪽부터 이번 硏究에 參與한 化學硏의 金鎔泰 責任硏究員, 신정호 責任硏究員과 이진주 學生硏究院, 이성우 硏究員이다. 化學硏 提供
旣存 技術을 改善해 에너지 使用率을 낮추고 商用化 可能性이 높은 '메탄 高附加 轉換 技術'이 나왔다.
한국화학硏究院은 金鎔泰·신정호 責任硏究員 硏究팀이 最近 2個의 硏究 論文을 통해 메탄을 열분해해 水素와 高附加 化學原料인 에틸렌, 芳香族 化合物 等으로 直接 轉換하는 技術을 開發했다고 16日 밝혔다.
地球溫暖化에 致命的이라고 알려진 메탄은 石油化學公正과 셰일가스에서 大量으로 나오는 가스다. 大部分 暖房·發電用으로 使用되며 二酸化炭素를 排出한다. 그동안 硏究者들은 低廉한 메탄을 에틸렌 等 비싼 化學原料로 轉換하기 위해 努力해왔다. 이런 技術을 '메탄 轉換 技術'이라고 부른다.
메탄 轉換 技術은 合成가스를 만드는 中間 段階를 거쳐 高附加 原料를 뽑아내는 間接 轉換 技術과 中間 段階 없이 直接 轉換하는 技術로 나뉜다. 間接 轉換 技術은 工程이 複雜해 效率이 떨어진다. 直接 轉換 技術은 轉換 過程에서 나오는 메틸 라디칼(CH3)로 因해 코크스(炭素 찌꺼기)가 많이 發生한다. 여기에 酸素를 反應시켜 찌꺼기를 없애는 酸化 直接 轉換 技術도 開發됐으나 이 過程에서 二酸化炭素가 發生하는 問題가 있고 效率 亦是 낮다.
가장 크게 關心받는 技術은 중국에서 開發한 非酸化 메탄 直接 轉換 技術이다. 메탄을 直接 轉換할 때 메틸 라디칼을 特定한 觸媒로 制御, 찌꺼기를 줄이는 어려운 技術이다. 金 硏究院 硏究팀은 2019年 中國에 이어 이 技術을 開發해 1% 未滿의 찌꺼기만 남기고 高附加 原料로 轉換한 바 있다.
硏究팀은 이 結果를 改善해 旣存 技術보다 300℃ 낮은 700℃에서 作動하는 技術을 開發했다. 旣存보다 적은 觸媒를 使用해 反應器의 부피를 30% 以上 줄일 수도 있다. 이 過程에서 人工知能(AI)李 活用됐다. 于先 600件 以上의 實驗 結果를 바탕으로 벤치(bench) 規模 實驗에 必要한 反應物, 生成物 造成 및 運轉 條件 等 因子를 導出했다. 그리고 메타 휴리스틱스 方式의 머신러닝을 活用해 因子를 繼續 변화시키며 最高의 反應 性能을 確保할 수 있는 反應器 設計 方法을 豫測했다. 메타 휴리스틱스란 最適化 問題 解決을 위한 AI 알고리즘이다.
硏究팀은 "앞으로도 AI를 活用한 觸媒·反應器 改善을 推進할 豫定"이라면서 "現在 後續硏究로 旣存의 化石燃料 加熱 反應機가 아닌 新재생에너지 基盤의 電氣로 反應基로 轉換해 炭素排出을 더 많이 줄이는 硏究를 遂行 中이다"라고 말했다.
