△고려대 화공생명공학과 문준혁 교수                           △ 연구팀이 개발한 전기화학적 상온 메탄-메탄올 전환 모식도
 

고려대학교(총장 김동원) 화공생명공학과 문준혁 교수 연구팀이 이산화이리듐(IrO2) 촉매를 이용해 상온에서 메탄을 메탄올로 선택적으로 전환하는
전기화학 반응 메커니즘을 실험적으로 규명하고, 이를 구현할 수 있는 고성능 반응 시스템을 개발했다.
*이산화이리튬 촉매: IrO2의 화학식을 갖는 촉매로, 높은 안정성과 전기화학 산화 반응 활성을 지님

본 연구 성과는 촉매 및 탄소자원화 분야 국제학술지 ‘Nature Catalysis(IF=42.8)’ 온라인에 지난 7월 4일 게재됐다.
*논문명: High-selectivity room-temperature partial oxidation of methane to methanol enabled by electrochemical oxygen promotion on IrO2 catalysts
*DOI: 10.1038/s41929-025-01363-0
*URL: https://www.nature.com/articles/s41929-025-01363-0

 메탄은 천연가스의 주요 성분으로 자연에 풍부하게 존재하지만, 이산화탄소보다 약 25배 높은 온실효과를 유발해 기후변화에 큰 영향을 미친다.
이러한 메탄을 화학적으로 유용한 메탄올로 전환하는 기술은 온실가스 저감과 자원화라는 두 측면에서 파급력이 크다. 특히, 메탄올은 저장성과 수송 효율이 뛰어나고
연료로 직접 활용할 수 있어 산업적 가치가 높지만, 메탄의 높은 화학적 안정성으로 인해 선택적 전환이 어려워 오랫동안 기술 개발이 난제로 남아 있었다.
연구팀은 전기화학 반응 중 탄산 이온이 이산화이리윰 촉매의 특정 결정면에서 반응성이 높은 산소(고활성 산소종)를 형성하고,
이 산소종이 메탄의 선택적 산화를 유도해 메탄올로 전환되는 반응 경로를 규명했다. 또한, 연구팀은 메탄을 기체로 공급하며 반응시킬 수 있는
연속 공정형 전기화학 장치를 자체 제작했다. 이 반응기는 메탄과 전해질이 촉매와 전해질 계면에 효과적으로 공급되도록 구성됐으며,
이를 통해 반응물의 전달 저항을 최소화했다.
 최적화된 전기화학 반응 조건에서 메탄올 생산 속도는 기존 대비 10배 빠른 약 10 밀리몰(mmol)을 달성했다. 또한, 100시간 이상 연속 운전에서도
성능 저하 없이 작동하는 것을 확인했다. 연구팀은 반응 과정 중 변화를 직접 관찰할 수 있는 실험 방법인 동위원소 표지 실험과 라만 분광법으로 이를 입증했다. 
이번 연구성과는 온실가스인 메탄을 상온에서 메탄올로 전환할 수 있는 기술적 기반을 마련했다는 점에서 의의가 있다. 
 문준혁 교수는 “공정 전반에서 이산화탄소 배출이 적고, 전기를 이용한 반응 방식이기 때문에 향후 수소 생산 기술과의 연계도 가능하다”라며,
“이를 바탕으로 탄소중립형 연료 및 화학소재 생산 공정으로의 확장이 기대된다”라고 말했다.  과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진한 ‘C1 가스 리파이너리
밸류업 기술개발사업’지원으로 수행됐다. /출처:고대뉴스

△연구팀이 개발한 연속형 전기화학 반응기(flow cell) 및 연속 운전 결과