본 연구실은 메탄 및 이산화탄소와 같은 온실가스, 그리고 철강 및 화학 산업에서 발생하는 부산가스 등 다양한 탄화수소 가스를 고부가가치 화학물질로 전환하는 첨단 촉매 기술을 개발하고 있습니다. 특히, 메탄은 가장 풍부하면서도 온실효과가 큰 가스이기 때문에, 이를 직접 또는 간접적으로 올레핀, 방향족, 알코올, 합성연료, 전기 등 다양한 화학제품으로 전환하는 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 전환 과정에서 저온 및 상압 조건에서 작동하는 유전체 장벽 방전 플라즈마 반응기와 같은 혁신적인 반응 시스템이 활용되고 있습니다. 연구실은 비열 플라즈마 기반의 촉매 전환 기술에 적합한 새로운 촉매를 설계 및 합성하고, 이를 통해 온실가스의 화학적 활용도를 극대화하는 데 주력하고 있습니다. 예를 들어, 메탄 활성화를 통해 아세틸렌, 에틸렌, 에탄 등 경질 탄화수소를 생산하며, 이 과정에서 개발된 촉매는 높은 선택성과 내구성을 보입니다. 또한, 플라즈마와 촉매의 시너지 효과를 극대화하여 기존 열적 공정 대비 에너지 효율과 환경적 이점을 동시에 달성하고 있습니다. 이러한 연구는 온실가스 저감 및 자원화, 그리고 화학 산업의 지속가능성 향상에 크게 기여할 수 있습니다. 궁극적으로는 탄소중립 사회 실현을 위한 핵심 원천기술로 자리매김할 수 있으며, 미래 에너지 및 화학공정의 패러다임 전환을 이끌고 있습니다.

연구실은 셰일가스, 석탄, 바이오매스, 온실가스 등 다양한 탄소계 원료로부터 올레핀, 방향족, 알코올, 유기산 등 기초 화합물을 생산하기 위한 나노 촉매 및 신개념 반응 시스템을 개발하고 있습니다. 특히, 3차원 계층적 구조를 갖는 메조다공성 촉매, 귀금속 도입 3DOM 촉매, 그리고 고분산 금속-지지체 복합체 등 혁신적인 촉매 소재의 합성과 구조-성능 상관관계 분석에 중점을 두고 있습니다. 이러한 나노 촉매는 높은 표면적과 기공 구조를 바탕으로 반응 활성 및 선택성을 극대화하며, 기존 상용 촉매 대비 내구성과 재생성에서도 우수한 특성을 보입니다. 또한, 메탄의 간접 전환(GTL) 공정, 피셔-트롭시 합성, 메탄올 및 아세트산의 친환경 합성 등 다양한 공정에 최적화된 촉매를 설계하고, 실제 반응기 내에서의 거동을 실험 및 시뮬레이션을 통해 정밀하게 규명하고 있습니다. 연구실은 촉매의 미세구조 제어, 금속 입자 크기 및 분산도 조절, 지지체-금속 상호작용 강화 등 촉매 과학의 근본적인 원리를 탐구함과 동시에, 산업적 적용을 위한 대면적 합성 및 스케일업 기술도 함께 연구하고 있습니다. 이를 통해 미래 화학공정의 효율성과 친환경성을 동시에 달성하는 데 기여하고 있습니다.

본 연구실은 플라즈마와 촉매를 융합한 신개념 공정 개발을 통해, 기존 열적 공정의 한계를 극복하고 탄소중립 사회 실현에 기여하는 연구를 수행하고 있습니다. 예를 들어, 에탄 크래킹 센터와 비열 플라즈마 반응기를 결합한 새로운 에틸렌 생산 공정은 기존 NCC, 메탄 열분해, ECC 등과 비교해 생산비용이 경쟁력 있으며, 재생에너지와 결합 시 온실가스 배출 저감 효과도 기대할 수 있습니다. 또한, CCS(탄소 포집 및 저장) 처리된 CO2와 폐메탄을 활용하여 친환경 메탄올 및 아세트산을 합성하는 기술도 개발 중입니다. 이 과정에서 귀금속 도입 3DOM 촉매와 비열 플라즈마 기술을 접목하여, 낮은 온도와 압력에서도 높은 전환율과 선택성을 달성하고 있습니다. 이러한 기술은 녹색 운송연료 및 고분자 원료 생산에 적용될 수 있으며, 저탄소 사회로의 전환에 핵심적인 역할을 할 수 있습니다. 연구실은 공정의 경제성, 에너지 효율, 환경 영향을 종합적으로 분석하는 시스템적 접근을 통해, 실질적인 산업 적용 가능성을 높이고 있습니다. 이를 바탕으로, 미래 화학공정의 지속가능성과 경쟁력을 동시에 확보하는 데 앞장서고 있습니다.