국립창원대학교는 스마트그린공학부 환경에너지공학전공 연구팀이 메탄과 이산화탄소를 동시 활용한 화학 반응의 전환 효율과 안정성을 동시에 높인 촉매 설계 프레임을 제시했다고 4일 밝혔다.

정대운 교수 연구팀의 이번 성과는 세계적 권위 학술지 'Journal of Materials Chemistry A'에 전면 표지 논문으로 게재됐다. 손지원, 송재민, 천범수 연구원이 주도한 이번 연구는 고성능 촉매 설계에 필수적인 기공 구조 및 담지량을 체계적으로 제어하는 기술을 입증했다.

CDR 반응은 온실가스 저감과 함께 수소·합성가스 생산이 가능한 유망 기술이지만, 고온 조건에서 탄소 침적과 금속 소결로 촉매가 급속히 비활성화되는 문제가 상용화의 걸림돌로 작용해 왔다.

연구팀은 이 한계를 촉매 '조성 변경'이 아닌 '구조 설계' 관점에서 접근했다. 기공 구조 특성과 제조 과정 중 활성 금속의 담지 시점이 성능에 미치는 영향을 비교 분석하고, 상용 조건보다 200배 가혹한 환경에서 정밀 평가를 진행해 산업 적용 가능성을 검증했다.

실험 결과 이중 기공의 Ni/BPA 촉매는 CH₄ 전환율 82%, CO₂ 전환율 85%를 기록하며 기존 단일 기공 구조 촉매 대비 우수한 효율을 보였다. 이는 이중 기공 구조가 물질 전달 효율을 개선하고, 금속-지지체 간 상호 작용 최적화를 통해 Ni 활성점의 고분산 형성을 이끌어낸 결과로 분석됐다.

연구팀은 100시간 이상의 장기 운전 테스트와 반응 후 촉매 특성 분석으로 산업 규모 조건에서도 의미 있는 안정성을 확보했으며 후처리 공정까지 고려한 연구를 수행했다.

정대운 교수는 "CDR 반응은 탄소 중립과 수소 경제 전환에서 온실가스 동시 자원화의 전략적 공정이 될 수 있다"며 "이번 연구는 촉매 설계 단계에서 기공 구조와 Ni 도입 전략을 정교하게 제어함으로써 고활성·고안정 촉매 개발의 실질적 가이드를 제시했다"고 말했다.