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MKDIR Lab

영남대학교 화학공학부

김민규 교수

Hydrogen Production

Electro Chemistry (OER, ORR, HER)

Methane Pyrolysis

MKDIR Lab

화학공학부 김민규

MKDIR Lab은 화학공학부 김민규 교수 연구실로, 촉매화학공학을 기반으로 한 에너지 및 환경 분야의 혁신적 연구를 선도하고 있습니다. 본 연구실은 메탄, 에탄 등 경질 알케인의 직접 전환을 통한 고부가가치 화합물 생산, 수소 에너지 및 탈황 기술, 화학적 루핑 연소, 전기화학 촉매 개발 등 다양한 연구 주제를 다루고 있습니다. 특히, 메탄의 직접 산화 및 열분해, 부분 산화 반응을 통한 에틸렌, 메탄올, 수소 등 고부가가치 화합물 생산 기술 개발에 집중하고 있습니다. 이를 위해 금속 산화물, 귀금속, 복합 촉매 등 다양한 촉매 시스템을 설계하고, 실험적 연구와 계산화학적 시뮬레이션을 병행하여 반응 메커니즘을 심층적으로 분석합니다. 이러한 연구는 석유화학 산업의 패러다임 전환과 에너지 효율성 증대에 크게 기여할 것으로 기대됩니다. 또한, 수소 생산 과정에서 필수적인 고순도 수소 확보를 위해 석유 코크스 등 다양한 원료의 가스화 및 탈황 기술 개발에도 주력하고 있습니다. 산업 폐기물의 자원화, 친환경 에너지 전환, 온실가스 저감 등 사회적 요구에 부응하는 연구를 수행하며, 관련 특허와 산학협력 프로젝트를 통해 기술의 실용화 및 상용화에도 앞장서고 있습니다. 화학적 루핑 연소(CLC) 기술을 활용한 친환경 에너지 생산 및 온실가스 저감 연구도 활발히 진행 중입니다. 산소 운반체의 합성, 구조 제어, 내구성 향상 등 첨단 소재 연구와 대규모 실증 연구를 통해 산업적 적용 가능성을 높이고 있습니다. 이와 함께, 수전해, 연료전지, 금속-공기 배터리 등 차세대 에너지 변환 시스템의 핵심인 전기화학 촉매 개발에도 집중하여, 친환경 에너지 사회 실현에 기여하고 있습니다. MKDIR Lab은 국내외 유수 학술지에 다수의 논문을 발표하고, 다양한 특허 및 산학협력 과제를 수행하며, 에너지 및 환경 분야의 지속가능한 발전을 위한 핵심 기술 개발에 앞장서고 있습니다. 앞으로도 첨단 촉매화학공학 연구를 통해 미래 에너지 및 환경 문제 해결에 기여할 것입니다.

Hydrogen Production
Electro Chemistry (OER, ORR, HER)
Methane Pyrolysis
메탄의 직접 전환 및 고부가가치 화합물 생산
MKDIR Lab은 메탄과 같은 경질 알케인을 직접적으로 고부가가치 화합물로 전환하는 촉매 및 공정 개발에 중점을 두고 있습니다. 메탄은 풍부한 천연가스 자원으로, 기존에는 주로 연료로만 사용되어 왔으나, 최근 셰일가스의 대량 생산과 더불어 화학 원료로서의 활용 가능성이 크게 주목받고 있습니다. 본 연구실은 메탄의 직접 산화, 부분 산화, 열분해 등 다양한 반응 경로를 통해 에틸렌, 메탄올, 수소 등 고부가가치 화합물로의 전환을 목표로 하고 있습니다. 이러한 연구를 위해 MKDIR Lab은 금속 산화물, 귀금속 촉매, 복합 촉매 등 다양한 촉매 시스템을 설계하고, 실험적 접근과 더불어 DFT(밀도 범함수 이론) 기반의 계산화학적 시뮬레이션을 병행하여 반응 메커니즘을 심층적으로 분석합니다. 또한, 촉매의 활성, 선택성, 내구성 향상을 위한 표면 개질, 도핑, 나노구조 제어 등의 첨단 기술을 적용하고 있습니다. 이를 통해 메탄의 효율적인 전환 및 산업적 적용 가능성을 높이고자 합니다. MKDIR Lab의 연구는 국내외 유수 학술지에 다수의 논문으로 발표되고 있으며, 관련 특허와 산학협력 프로젝트를 통해 실제 산업 현장에 적용될 수 있는 기술 개발에도 힘쓰고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 및 자원 효율성 증대, 온실가스 저감, 석유화학 산업의 패러다임 전환에 기여할 것으로 기대됩니다.
수소 에너지 및 탈황 기술 개발
수소 에너지는 미래 친환경 에너지로 각광받고 있으며, MKDIR Lab은 수소 생산 및 정제, 특히 석유 코크스 가스화 및 다양한 화석연료 기반 공정에서 발생하는 황화합물(COS, H2S 등) 제거 기술 개발에 주력하고 있습니다. 수소 생산 과정에서 황 성분은 연료전지 촉매의 비활성화 등 심각한 문제를 야기하므로, 고순도 수소 확보를 위한 탈황 공정은 필수적입니다. 본 연구실은 산업 폐기물인 레드머드, 구리 기반 에어로젤 등 다양한 소재를 활용한 흡착제 및 촉매를 개발하여, 경제적이면서도 효율적인 탈황 공정을 구현하고 있습니다. 실험적 연구와 더불어, 계산화학적 접근을 통해 흡착제의 표면 특성, 황화합물의 흡착 및 분해 메커니즘을 규명하고, 최적의 소재 설계 및 공정 조건을 도출합니다. 또한, 수소 생산 효율을 극대화하기 위한 촉매 및 공정 최적화 연구도 병행하고 있습니다. 이러한 연구는 수소 경제 실현을 위한 핵심 기반 기술로, 친환경 에너지 전환, 산업 폐기물의 자원화, 그리고 온실가스 저감에 크게 기여할 수 있습니다. MKDIR Lab은 관련 특허 출원과 산학협력 과제를 통해 기술의 실용화 및 상용화에도 적극적으로 나서고 있습니다.
화학적 루핑 연소 및 온실가스 저감 기술
MKDIR Lab은 화학적 루핑 연소(Chemical Looping Combustion, CLC) 기술을 활용한 친환경 에너지 생산 및 온실가스 저감 연구를 활발히 수행하고 있습니다. CLC는 연료와 공기를 직접 접촉시키지 않고 산소 운반체를 매개로 연소를 진행함으로써, NOx 발생을 최소화하고 CO2를 고농도로 포집할 수 있는 혁신적인 기술입니다. 이로 인해 화석연료 기반 발전의 환경적 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다. 연구실에서는 금속 산화물 기반 산소 운반체의 합성, 구조 제어, 도핑 및 내구성 향상 기술을 개발하고 있으며, 실험적 평가와 더불어 계산화학적 시뮬레이션을 통해 산소 운반체의 산소 전달 능력, 열적 안정성, 반응성 등을 정밀하게 분석합니다. 또한, 대규모 파일럿 플랜트 실증 연구와 연계하여 실제 산업 적용 가능성을 높이고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 생산의 효율성 증대와 더불어, 온실가스 배출 저감, 대기오염 방지 등 환경적 가치 실현에 중점을 두고 있습니다. MKDIR Lab은 정부 및 산업체와의 협력 프로젝트를 통해 CLC 기술의 상용화와 확산을 선도하고 있습니다.
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Cyclic distillation: a high-efficiency alternative for sustainable propane-propylene separation with reduced cost
Chemical Engineering and Processing-Process Intensification, 2025
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Boosting Water Oxidation Kinetics of BiVO4 through a Metal-Organic Co-Catalyst Enriched with Phosphate Groups (Co, Fe-NTMP): Insights from LMCT Mechanism and DFT Study
Applied Catalysis B: Environment and Energy, 2025
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Enhanced Selectivity for C2H4 Production from C2H6 on Partially Chlorinated IrO2(110) Surfaces
ACS Catalysis, 1970
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3 MWth 매체순환연소 스팀생산 기술개발
한국에너지기술평가원
2023년 04월 ~ 2024년 03월
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석유화학 원료로써 메탄을 효과적으로 사용하기 위한 촉매 개발
(재)한국연구재단(NRF)
2023년 03월 ~ 2024년 02월