아주경제 모석봉 기자 = 플라즈마-촉매 융합 반응 과정에서 발생하는 촉매의 활성저하 양상과 이에 따른 화학 반응기구의 변화 양상을 최초로 규명한 논문이 세계적 학술지 표지논문으로 선정됐다.

한국기계연구원(원장 임용택) 극한기계연구본부 플라즈마연구실 이대훈 박사팀은 플라즈마-촉매 융합 반응 과정에서 촉매의 변화에 따른 반응기구의 변화 양상을 규명해 플라즈마-촉매 융합 반응 연구의 새로운 방법론을 제시했다.

대부분의 기존 화학공정은 원하는 물질을 선택적으로 반응 생성물로 만들어 내는 촉매 반응에 기반 한다.

이 때 촉매반응은 기본적으로 온도의 영향을 받는데, 고온을 필요로 하는 경우가 많다.

반면, 플라즈마 이용 화학공정은 특정 물질을 선택적으로 생성하는 정도는 촉매반응보다 약하지만 상온에서도 반응이 가능하다는 장점이 있다.

플라즈마-촉매 융합 반응 기술은 서로 상반된 장단점을 가지는 플라즈마와 촉매의 반응 특성을 융합해 각 방식의 장점만을 활용하여 시너지를 얻는 기술이다.

이대훈 박사팀과 조선대가 공동으로 진행한 이번 연구에서 기존 플라즈마 단독 혹은 촉매 단독 반응과는 다른 반응 경로가 발생하며 이 반응 경로가 촉매의 상태에 따라 변화된다는 것을 밝혔다.

Cu/ZnO/γ-Al2O3 촉매를 이용한 메탄올 분해반응 시, 플라즈마-촉매 융합 반응에서는 촉매반응에서 나타나지 않는 활성저하가 일어나며, 이것이 반응 경로를 변화시킨다는 점을 알아냈다.

또 이 변화는 촉매반응에서는 생성되지 않는 탄화수소종의 생성에도 영향을 준다는 점을 밝혔다.

기존의 플라즈마-촉매 융합 반응 관련 연구는 주로 오존을 활용해 오염물질을 산화시켜 제거하기 위한 반응 연구에 치중돼 왔으며, 플라즈마와 촉매의 융합으로 인한 구체적인 반응기구에 대한 연구가 제대로 이루어지지 않았다.

최근 셰일가스 생산 증가로 메탄 기반 화학 산업으로 변화하는 추세에서 이번 연구는 플라즈마-촉매 융합 반응에서 메탄올의 분해 시 발생하는 촉매의 활성 저하 현상이 반응 기구에 어떤 영향을 주는지를 최초로 규명한 것이다.

논문 제1저자인 이대훈 박사는 “플라즈마-촉매 융합 반응을 통해 촉매 기반의 기존 화학공정들 중 공정비용과 반응 조건 등 한계가 있는 특정 화학반응들의 난제를 해결해 줄 수 있는 기술로 반응 제어 및 최적 촉매 선정이 가능해 질 것”이라며 “이번에 밝혀진 새로운 반응기구로 플라즈마-촉매 융합 반응 특성을 더 잘 이해하게 돼, 앞으로 이를 적용한 메탄 기반 화학산업에 기여할 것이라고 생각한다”고 밝혔다.

이번 연구는 최근 플라즈마 분야의 가장 권위 있는 저널인 「플라즈마 프로세스 폴리머(Plasma Processes and Polymers)」 2014년 5월호 표지논문으로 선정됐다.