울산과학기술원(UNIST)이 9일 햇빛과 산소를 이용해 자동차 내장재나 화장품의 원료를 합성하는 촉매 시스템을 개발했다고 밝혔다.
UNIST에 따르면 에너지화학공학과 곽자훈·장지욱 교수, 화학과 주상훈 교수 연구팀은 산화프로필렌을 합성하는 ‘3종 촉매 융합 시스템’을 개발했다. 이 시스템은 유해 물질의 배출 없이 태양광 에너지와 산소만으로 산화프로필렌을 만들 수 있다. 산화프로필렌은 자동차 내장재나 화장품·의약품의 기초 원료로 수요가 꾸준히 증가하는 고부가가치 석유화학 원료다. 원유 나프타에서 프로필렌을 얻은 뒤 이를 산화시켜 합성하는데 이 과정에서 염소를 사용해 생산해왔다.
최근 환경 규제가 강화되면서 염소 대신 과산화수소를 산화제로 쓰는 공법이 상용화됐지만 과산화수소 생산공정 자체가 여전히 친환경적이지 못하다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 시스템 개발을 위해 3종 촉매 반응을 정교하게 제어하는 기술을 사용했다. 광촉매가 물속에서 햇빛을 받아 전기를 생산하고 전기화학 촉매가 전기를 이용해 산소를 환원시켜 과산화수소를 만든다. 과산화수소가 불균일촉매의 도움을 받아 프로필렌과 반응하면 산화프로필렌이 합성된다. 개발된 시스템은 94%의 효율로 산화프로필렌을 생산했다.
특히 연구팀이 개발한 시스템은 과산화수소까지 친환경적으로 만들 수 있고 실시간으로 공급이 가능해 과산화수소 수송과 저장에 필요한 비용이 줄어든다는 장점도 있다. 장 교수는 “추가적인 외부 전압과 값비싼 화합물 없이 태양광으로 작동하는 산화프로필렌 합성 시스템을 최초로 선보였다는 점에서 그 의미가 크다”며 “광촉매 성능을 더 개선한다면 상업적으로도 더 큰 가치가 있을 것”이라고 말했다.연구 결과는 촉매 분야 학술지인 ‘네이처 카탈리시스’ 표지 논문으로 선정돼 정식 출판을 앞두고 있다.
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