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저온 메탄올 합성 촉매의 개발 동향

전문가 제언: ○ 메탄올은 연료 용도 이외에 C1화학의 원조로서 수많은 중요한 화학물질의 원료가 된다. “C1화학”은 석유 이외의 천연가스, 석탄, 바이오매스 혹은 초중질유 등의 탄소 자원을 원료로 하여 합성 가스나 메탄을 제조하고 이를 기초로 현재의 석유화학과 같은 여러 화학제품을 제조하는 유기화학이나 연료 화학의 한 체계로서 석유 대체 및 재생 가능 에너지의 이용의 관점에서 아주 중요한 분야이다.

○ 일산화탄소와 수소로부터 메탄올을 합성하는 반응은 분자 수가 감소하는 큰 발열반응이므로 열역학적으로 저온, 고압 반응이 유리하며 특히 저온에서 높은 평형 전화율을 보인다. 그러나 현재의 공업적인 메탄올 합성은 고정상의 기상 합성 프로세스로서 구리-아연계 산화물 촉매 상에서 고온(500~550K)에서 제조되며 원료가스의 반응기 1회 통과 전화율이 낮아서 대량의 미반응 가스를 리사이클하고 고온 반응으로 인해 메탄올 제조비용이 상승되고 있다.

○ 저온 메탄올 합성은 기존 프로세스의 과제인 반응열의 제거와 저온반응을 동시에 해결하는 방법으로 알칼리금속 알콕시드와 니켈 화합물 또는 구리 화합물을 조합한 촉매를 사용하여 373K 정도의 저온에서 유기용매 중에서 반응을 수행하여 메탄올 합성 평형 전화율이 높은 저온에서 반응이 신속하게 진행되고 열용량이 큰 용매에 의해 반응열이 효율적으로 제거되는 특징이 있다. 본고는 필자 등의 저온 메탄올 합성 촉매에 대한 연구결과를 중심으로 니켈 화합물/알콕시드계 촉매와 구리 화합물/알콕시드계 촉매의 개발 현황과 특성 등을 설명한 것이다.

○ 메탄올은 화학제품 생산과 연료 용도로 주로 사용되고 있으며 최근에는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터나 소형 교통수단을 위해 개발되고 있는 연료 전지 용도 분야에서 유망한 연료로 인식되어 경제적인 메탄올 생산과 이용이 더욱 요망된다. 본고는 저온 메탄올 생산을 위한 새로운 촉매자료가 포함되어 있어 이 분야 연구에 큰 도움이 될 것으로 믿는다.

저자: Seiichi Ohyama
자료유형: 학술정보