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국내서 썩는 플라스틱 원료 만들었다

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화학연구원 황영규 박사팀
온실가스와 폐글리세롤 활용


국내 연구진이 이산화탄소와 바이오디젤을 만들때 생기는 저가의 글리세롤을 이용해 썩는 플라스틱 원료를 만드는 기술을 개발했다.

한국화학연구원은 황영규 박사팀이 글리세롤과 이산화탄소를 활용해 젖산과 포름산을 높은 수율로 생산해내는 촉매 공정을 개발했다고 30일 밝혔다. 연구진이 개발한 촉매를 20분의 1만 사용해도 기존의 촉매 성능을 얻었다. 또한 젖산과 포름산 생산량도 2배 높았다.

젖산은 썩는 플라스틱의 원료로 활용될 수 있으며 포름산은 연료전지의 수소저장물질, 가죽과 사료첨가제로 쓰이거나 추가 촉매 공정을 통해 화학제품으로 만들 수 있다. 2020년 기준 세계적 시장 규모로 젖산은 170만t, 포름산은 200만t이고 각각 매년 15%, 5%씩 시장이 성장하는 추세다.

글리세롤과 이산화탄소로 젖산과 포름산을 동시에 생산하는 원리는 촉매를 이용한 '탈수소화 반응'과 '수소화 반응'이다. 수소가 들어있는 유기화합물에서 수소원자를 떼어내는 것이 탈수소화 반응, 떼어낸 수소원자를 다른 화합물에 첨가시키는 것을 수소화 반응이라고 한다. 연구진이 개발한 촉매는 글리세롤에서 수소를 떼어내 이동시킨 후 이산화탄소와 반응하게 해 젖산과 포름산을 만들어낸다.

연구진이 지난 5년간 연구를 진행한 결과 극소량만 넣어도 글리세롤의 탈수소화 반응과 이산화탄소의 수소화 반응을 동시에 이끌어내는 새 촉매를 개발했다. 연구진이 개발한 촉매 공정은 기존 연구보다 촉매 활성이 좋고, 젖산과 포름산 생산 수율이 높다.

연구진이 촉매를 실험한 결과 단위부피시간당 생산량은 젖산 422g/L·day, 포름산 64g/L·day을 달성했다. 이는 이론적으로 기존 촉매보다 10~20배 정도 촉매 활성이 좋고, 생산량 또한 2배 정도 높은 수치다.

연구진은 금속유기골격체에 루테늄 물질을 넣은 다음 태워서 루테늄 금속이 분산된 나노 촉매를 만들었다. 황영규 박사는 "이번에 개발한 촉매시스템은 석유화학과 정밀화학, 바이오화학 공정 등에 미치는 영향이 클 것"이라고 전망했다.

연구진은 향후 계산화학을 통한 촉매 후보군 탐색 등으로 포름산 및 젖산 생산수율을 추가적으로 높여 국가 온실가스 감축에 기여할 실용화 기술로 개발한다는 계획이다.

이번 연구결과는 황영규 박사팀과 성균관대 권영욱 교수팀이 공동연구를 진행해 세계적 물질 분야 권위지인 '캐미스트리 오브 머티리얼스' 12월호에 표지논문으로 발표됐다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자

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