이산화탄소·폐글리세롤서 젖산과 포름산 동시생산 기술 개발

화학연구원, 촉매 활성도 및 생산성 극대화

국제 학술지 '물질화학(Chemistry of Materials)' 표지논문 게재

[대전=뉴시스] 제조된 루테늄 촉매의 전자현미경 사진(a·b). 루테늄 나노입자는 평균 2.6㎚ 크기를 가지며 뚜렷한 결정성을 보인다. 사진 c에서는 루테늄 촉매의 원소분포도를 통해 루테늄 입자가 탄소 지지체 위에 분산돼 있음을 알 수 있다.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 온실가스인 이산화탄소와 폐글리세롤로부터 유용한 자원을 생산할수 있는 촉매기술을 개발했다.

한국화학연구원은 황영규 박사팀이 온실가스인 이산화탄소와 바이오디젤의 부산물인 글리세롤로부터 유용한 화학원료인 젖산과 포름산을 동시에 생산할 수 있는 촉매 공정 기술을 개발했다고 30일 밝혔다

젖산은 썩는 플라스틱의 원료로 활용될 수 있으며 포름산은 연료전지의 수소저장물질, 가죽과 사료첨가제로 쓰이거나 추가 촉매 공정을 통해 화학제품으로 만들 수 있다.

 글리세롤은 바이오디젤을 생산할 때 약 10% 정도 나오는 부산물로 가격이 매우 저렴하다. 글리세롤에 있는 수소를 떼어내 반응시키면 생분해성 플라스틱의 원료인 젖산을 만들 수 있어 관련 연구가 전세계적으로 증가하고 있다. 

황 박사 연구팀에 따르면 글리세롤과 이산화탄소로부터 젖산과 포름산을 동시에 생산하는 원리는 촉매를 이용한 '탈수소화 반응'과 '수소화 반응'이다.

 수소가 들어있는 유기화합물에서 수소원자를 떼어내는 반응이 탈수소화 반응이고, 이 떼어낸 수소원자를 다른 화합물에 첨가시키는 것이 수소화 반응이다.

이번에 연구팀이 개발한 촉매는 글리세롤에서 수소를 떼어내 이동시킨 후 이산화탄소와 반응하게 해 젖산과 포름산을 생산하는 기술이다.

화학연구원은 5년간 연구끝에 극소량만 넣어도 글리세롤의 탈수소화 반응과 이산화탄소의 수소화 반응을 동시에 이끌어 낼 수 있는 새로운 촉매를 개발하는데 성공했다.

연구팀이 개발한 촉매 공정은 기존 촉매보다 10~20배 정도 촉매 활성이 좋고, 생산량 또한 2배 가량 높다.
 
연구팀은 금속유기골격체(MOF)에 루테늄(Ru) 원자 3개가 있는 분자체(삼량체) 물질을 넣은 다음 탄화공정을 통해 루테늄 금속이 분산된 나노 촉매(Ru/NCT)를 만들었다.

또 전자현미경, X-선 흡수 분광법 등을 활용해 루테늄 금속의 입자 크기와 결정성, 탄소의 표면과 기공 특성을 파악해  결정성과 입자 크기가 큰 루테늄 촉매가 젖산과 포름산의 동시 생산에 더 크게 반응한다는 사실을 밝혀냈다.

이어 황영규 박사는 성균관대 권영욱 교수 공동 연구팀과 이번 연구결과를 세계적인 물질 분야 권위지인 ‘물질화학(Chemistry of Materials)’ 12월호에 표지논문으로 발표했다.(논문명:글리세롤과 이산화탄소의 동시전환을 위한 루테늄 삼량체 클러스터 담지 금속유기골격체의 합성 및 이의 카본 물질 개발)

향후 연구진은 계산화학을 통한 촉매 후보군 탐색 등으로 포름산 및 젖산 생산수율을 추가적으로 높여 국가 온실가스 감축에 기여할 실용화 기술을 개발한다는 계획이다.
 
황영규 박사는 "이번에 개발한 글리세롤과 이산화탄소의 동시전환 촉매시스템을 바탕으로 여러 바이오매스 활용한 이산화탄소 전환 촉매 반응 연구 등이 활발하게 이뤄질 것으로 본다"며 "석유화학과 정밀화학, 바이오화학 공정 등에 미치는 영향이 클 것"이라고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]