전 세계는 플라스틱의 가장 중요한 원료인 에틸렌을 연간 1억 3천만 킬로그램을 생산한다. 이를 위해 대부분의 기업들은 원유를 이용하고 있으나, 원유는 곧 소진될 것이라는 예측이 나오고 있다.

네덜란드의 Tymen Tiemersma 박사는 이러한 문제의 해결책을 발견하였다. 그가 발견한 새로운 반응기로, 천연가스로부터 에틸렌을 생산할 수 있고, 미래에는 바이오가스를 이용하여 에틸렌을 생산할 수 있을 것으로 보인다.

이미 천연가스를 이용한 공정은 있으나, Tiemersma은 천연가스를 이용한 에틸렌 생산의 가장 큰 문제 가운데 하나를 해결하였다. 천연가스로 플라스틱을 생산하려면, 그 첫 단계는 천연가스를 에틸렌으로 전환시키는 것이다. 그러나 이러한 작업은 엄청난 열을 발생시키며, 또 이 열을 제거하는 것은 어렵다.

따라서 천연가스의 에틸렌 전환에는 많은 비용이 소요되며, 많은 에너지를 소비한다. 그러나 천연가스는 에틸렌의 생산에만 사용되지 않으며, 일산화탄소와 수소의 혼합물인 합성가스의 원료로도 사용된다. 합성가스의 생산에는 많은 열이 필요한데, Tymen Tiemersma은 열을 발생하는 에틸렌 생산과 열을 필요로 하는 합성가스의 생산 공정을 결합하는 것이 가장 이상적이라고 하였다.

공정 기술자들은 합성가스 생산 공정을 에틸렌 생산 공정에 결합하였고, 천연가스로부터 두 원료를 효율적으로 생산하는 방법을 개발하였다. 또한, 두 공정에 한가지 촉매를 사용함으로써 단순화 시켰다. 에틸렌 생산은 800℃에서 반응하는 합성가스 생산에 필요한 열을 발생시키고, 개발 공정에서는 합성가스가 에틸렌 생산 시의 열을 흡수하므로 에틸렌 공정에 냉각 공정이 필요 없게 된다.

새로운 촉매를 사용하여 플라스틱 생산을 위한 에틸렌이 천연가스로부터 얻을 수도 있다. 그러나 이 동시 생산 공정은 더 많은 기회를 제공한다. 합성가스 내 수소는 전기자동차에 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 인공비료(artificial fertilizer)의 생산에도 사용할 수 있다. 또한 합성가스 내 일산화탄소는 합성연료(synthetic fuels)의 원료가 된다.

천연가스는 3대 화석연료의 하나로, 거대한 매장량이 보고되고 있다. 촉매입자 덕분에 미래에 더 많은 활용가치를 가질 수도 있으나, 과학자들은 추가적으로 바이오매스 폐기물로부터 천연가스의 주요성분인 메탄을 얻는 기술에 많은 연구를 수행하고 있다. 이렇게 얻어진 메탄은 Tiemersma의 기술을 이용하여 앞으로 바이오플라스틱과 바이오비료 생산에 적용될 것으로 기대된다.

조나리 기자/olivelina@paran.com