대표적 온실가스인 메탄가스를 다양한 화학산업 원료로 활용할 수 있도록 촉매반응으로 분해하는 기술을 한국과 미국 공동 연구진이 개발해 관심이 모아진다.

기초과학연구원(IBS)은 최근 분자활성촉매반응연구단 백무현 부연구단장(KAIST 화학과 교수)과 미국 펜실베이니아대 대니얼 민디올라 교수, 미시간주립대 밀턴 스미스 교수 공동연구진이 전이금속인 이리듐 촉매를 활용해 메탄가스의 탄소-수소 결합을 끊고 붕소를 결합해 화학반응을 활성화하는 과정을 이론과 실험으로 증명했다고 밝혔다.

메탄가스(CH₄)는 탄소와 수소로만 이뤄진 탄화수소(hydrocarbon)로 매년 5억톤 이상 발생하고 발생량이 점차 늘고 있다. 

탄화수소 혼합물은 화학산업 원료 등으로 활용성이 높지만 메탄가스는 탄소-수소 결합이 매우 강해 활용하기가 어렵다.

기존 연구에서는 메탄의 탄소-수소 결합을 끊어 화학적으로 활성화하는 반응은 생산율이 2∼3%에 불과해 불가능에 가까운 화학반응으로 간주됐다.

연구팀은 이 연구에서 전이금속인 이리듐을 활용한 붕소화 촉매반응으로 메탄가스의 탄소-수소 결합을 끊고 메탄기(-CH₃)에 붕소(B)가 결합, 활성화 생성물이 만들어지는 비율을 52%까지 끌어올렸다.

이렇게 만들어진 활성화 생성물은 다른 원자나 분자와 쉽게 반응하기 때문에 다양한 석유화학산업에 원료로 활용 가능하다.

이 생성물에 물을 더하면 메탄올을 만들 수 있고 다른 화합물과 반응시키면 플라스틱, 의약품, 섬유 등 화학제품 생산 원료로 사용할 수 있다.

이 연구에서 백 부단장은 계산화학으로 메탄의 탄소-수소 결합을 끊고 붕소를 결합하는 효율이 높은 이리듐 촉매 후보물질을 예측하고 반응 메커니즘을 규명했다.

미국 연구진은 백 부단장의 연구를 토대로 이리듐 붕소화 촉매를 만들고 메탄가스 분해 실험을 통해 이 촉매반응의 효율성을 입증했다.

연구진은 이 연구는 메탄가스를 새로운 에너지원과 석유화학 산업의 원료로 사용할 수 있다는 가능성을 보여줬다는 데 의의가 있다며 이 화학반응을 활용하면 메탄가스를 제어해 온실가스도 줄일 수 있다고 전했다.