이산화탄소 활용해 '썩는 플라스틱' 만든다

바이오디젤 부산물인 폐글리세롤과
버려지는 온실가스 이산화탄소 활용해
화학원료인 젖산과 포름산 동시 생산 촉매 개발

온실가스인 이산화탄소와 바이오디젤의 부산물인 글리세롤을 통해 화학원료인 젖산과 포름산을 동시에 생산할 수 있는 촉매 기술이 물질 분야 국제학술지인 '물질화학' 12월호의 표지논문으로 선정됐다.

[아시아경제 황준호 기자] 온실가스인 이산화탄소와 바이오디젤의 부산물인 글리세롤을 통해 화학원료인 젖산과 포름산을 동시에 생산할 수 있는 촉매 기술이 개발됐다. 기존 촉매보다 활성이 10~20배 정도 좋고, 각 물질의 생산량도 2배 정도 높일 수 있는 기술이다. 연구진은 친환경적으로 온실가스 감축법이 될 수 있을 것으로 예상했다.

한국화학연구원의 황영규 화학공정연구본부 본부장과 권영욱 성균관대학교 교수 등의 공동 연구팀은 이같은 내용의 연구 결과를 물질 분야 국제 학술지인 '물질화학' 12월호의 표지 논문으로 발표했다고 30일 밝혔다.

글리세롤에서 수소 빼서 이산화탄소로

연구에 사용된 금속유기골격체

연구팀은 극소량만 넣어도 글리세롤의 탈수소화 반응과 이산화탄소의 수소화 반응을 동시에 이끌어내는 새로운 촉매를 개발했다. 유기화합물에서 수소원자를 떼어내는 반응이 탈수소화 반응이고, 이 떼어낸 수소원자를 다른 화합물에 첨가시키는 것을 수소화 반응이라고 한다.

연구팀은 금속유기골격체에 루테늄(Ru) 원자 세 개가 있는 분자체(삼량체) 물질을 넣은 다음 태워서(탄화공정) 루테늄 금속이 분산된 나노 촉매(Ru/NCT)를 만들었다. 금속유기골격체는 금속 이온이나 금속 클러스터가 유기물로 연결된, 구멍이 많은 물질이다.

이 촉매는 현존 촉매보다 활성이 10~20배 정도 높고, 젖산과 포름산의 생산 수율도 2배 정도 많은 것으로 나타났다. 개발한 촉매가 얼마나 빠르게 반응물을 전환시킬 수 있는지(TOF) 측정해보니 새로 개발된 촉매는 젖산 548, 포름산 164를 기록했다. 기존 촉매는 촉매 활성이 각각 19, 10 정도였다. 단위부피시간당 생산량(STY)은 젖산 422g/L·day, 포름산 64g/L·day을 달성했다. 기존 글루코스의 발효공정으로 만들어낸 젖산의 단위시간당 생산량은 100-150g/L·day 수준이다.

친환경 온실가스 감축법

새로 개발한 촉매의 반응을 통해 글리세롤과 이산화탄소를 동시전환해 젖산과 포름산을 생산하는 것을 나타내는 그림.

연구진은 계산화학을 통한 촉매 후보군 탐색 등으로 포름산과 젖산 생산수율을 더 높이는 방법을 연구할 계획이다. 젖산은 썩는 플라스틱의 원료로 활용될 수 있으며 포름산은 연료전지의 수소저장물질, 가죽과 사료첨가제로 쓰이거나 추가 촉매 공정을 통해 화학제품으로 만들어질 수 있다.

황영규 본부장은 "이번에 개발한 글리세롤과 이산화탄소의 동시전환 촉매시스템을 바탕으로, 여러 바이오매스 활용한 이산화탄소 전환 촉매 반응 연구 등이 활발하게 이뤄질 것"이라며 "석유화학과 정밀화학, 바이오화학 공정 등에 미치는 영향이 클 것"으로 전망했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr