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2026년 11월 11일 13:42 권현수 기자

메탄·CO2 모두 잡는다…계명대, 40시간 연속 고효율 유지 촉매 개발

750℃ 고온 조건서 메탄 80% 이상 전환…탄소 축적·소결 현상 구조적 차단

계명대학교는 이열림 화학공학과 교수 연구팀이 메탄 건식 개질 반응 시 니켈 기반 촉매의 활성과 구조적 안정성 사이의 상충 관계를 조절하는 설계 전략을 규명했다고 11일 밝혔다.

이번 연구 성과는 화학공학 분야 국제 학술지인 '화학공학저널'(Chemical Engineering Journal, IF 12.5)에 최근 게재됐다. 제1저자로는 강명훈 석사과정 연구원이, 교신저자로 이 교수가 참여했다.

메탄 건식 개질은 메탄과 이산화탄소를 반응시켜 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 제조하는 공정이다. 니켈은 가격이 저렴해 활성 소재로 주목받았지만 고온 반응 시 입자가 뭉치는 소결 현상과 표면 탄소 누적으로 성능이 급격히 저하되는 한계가 있었다.

연구팀은 니켈-산화세륨(Ni-CeO2) 촉매에 산화마그네슘(MgO)과 산화바륨(BaO)을 복합 첨가하는 방식을 적용했다. 입자 성장을 억제하는 MgO와, 니켈 간 과도한 결합력을 조절하는 BaO의 상호 작용을 유도해 활성 니켈 형성을 촉진하고 산소 저장 능력을 높였다.

해당 복합 촉매(NMBC)는 촉매 1g당 시간당 90만mL의 기체를 공급하는 고유량 조건과 750℃ 환경에서 12시간 동안 약 86%의 메탄 전환율을 기록했다. 40시간 연장 평가에서도 메탄 약 80%, 이산화탄소 약 83%의 전환율을 유지하며 탄소 축적 및 입자 성장이 억제됨을 입증했다.

이 교수는 "촉매의 반응성과 구조적 안정성을 고르게 개선할 수 있는 구체적 설계 방향을 제시했다"며 "온실가스를 화학 원료로 재활용하는 촉매 공정 고도화의 기초 레시피로 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 나노·소재기술개발사업 지원을 받아 수행됐다.

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