[신기술 소개] AIST, 항공기 제트 연료를 직접 합성할 수 있는 온디맨드 촉매 개발

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AIST, 항공기 제트 연료를 직접 합성할 수 있는 온디맨드 촉매 개발

토야마대학(富山大學) 대학원 이공학연구부 등의 연구그룹이 ‘Fischer-Tropsch (FT) 합성법’을 이용하 여 항공기 제트 연료를 직접 합성하는데 성공했다.

연구진은 약 10년 전 본 촉매를 이용한 FT합성으로 가솔린을 직접 합성하는데 성공했지만 제트 연료의 직접 합성에는 성공하지 못했다. 제트 연료에 요구되는 높은 발열량⋅연소성⋅안정성 등의 기준을 충족하 기 위해 분기가 많은 탄화수소 구조(이소(iso)체 탄화수소)가 적합하지만 본 촉매로는 선택률이 매우 낮았 기 때문이다. 연구진은 이를 해결하기 위해 촉매 설계를 검토하고 산점과 세공 구조를 정밀하게 제어한 제 올라이트에 희토류 원소인 란탄 금속 코발트를 담지한 새로운 산성 제올라이트 담지 촉매를 개발했다. 본 촉매를 사용한 결과, FT합성에서의 이소(iso)체 탄화수소의 선택성이 향상되어 72%라는 매우 높은 선택률 을 달성했다. 또한 이산화탄소와 수소를 사용해도 높은 반응 성적을 얻을 수 있었다.

본 촉매의 담지 금속을 란타넘에서 세륨으로 바꾸면 가솔린이 합성할 수 있고, 칼륨으로 바꾸면 경유를 합성할 수 있음을 발견했으며, 이로써 본 촉매가 ‘온디맨드형 촉매’로 각종 연료 생산에 유용할 것으로 보 인다. 한편, 개발된 제트 연료 제조법은 바이오매스 또는 이산화탄소도 원료로 사용할 수 있기 때문에 항공 업계의 요구에 신속하게 대응할 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구 성과는 2018년 9월 17일 영국 과학지 Nature Catalysis 온라인 판에 게재되었다(※발표논문참조).

※발표논문 : Jie Li, Yingluo He, Li Tan, Peipei Zhang, Xiaobo Peng, Anjaneyulu Oruganti, Guohui Yang, Hideki Abe, Ye Wang & Noritatsu Tsubaki, “Integrated tunable synthesis of liquid fuels via Fischer–Tropsch technology”, Nature Catalysis, 17 September 2018

DOI: 10.1038/s41929-018-0144-z

Figure. 합성가스(syngas)가 코발트(Co)를 담지한 세공을 갖는 γ형 제올라이트 촉매를 통과하여 각종 액체 연료로 변환

된다. 촉매 위에 란타넘(La)이 공존하면 제트기 연료가 되며, 세륨(Ce)이 공종하면 가솔린이, 칼륨(K)이 공존하면 경유가 된다.

출처: 2018.09.18. JST(http://www.jst.go.jp/pr/announce/20180918/index.html)

작성: 허 훈 (한국생산기술연구원)