[Pick] '1g의 기적'…플라스틱 쓰레기에서 3.7L 수소 뽑아냈다

국내 연구진이 버려지는 폐플라스틱을 청정에너지인 수소로 재활용할 수 있는 기술을 개발했습니다.

기초과학연구원(IBS)은 나노입자연구단 현택환 단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수)이 이끄는 연구진이 고려대·경희대 연구진과 공동으로 아주 적은 양으로도 폐플라스틱을 많은 양의 수소로 전환하는 세계 최고 효율의 촉매를 개발했다고 오늘(6일) 밝혔습니다. 

촉매는 화학반응 속도를 빠르게 하거나 느리게 조절하는 등 원하는 반응을 유도할 수 있어 화학 산업에서 필수적인 소재로, 주로 금속으로 만들어집니다. 

그중 백금을 비롯한 귀금속계 촉매는 성능이 우수하지만, 비싼 가격으로 경제성이 떨어지고 반응조건에 따라 금속 원자들이 불안정해지는 등 문제가 있었습니다. 

이 같은 문제를 대체할 수 있는 방식으로, 원자를 개별적으로 분산한 '원자 분산 촉매'가 최근 과학기술계에서 주목받고 있는데, 촉매를 구성하는 모든 금속 원자가 화학반응을 일으켜 효율을 높이면서 귀금속의 사용량을 줄일 수 있어 경제성이 높다는 평가를 받아왔습니다. 

다만, 고온·고압 조건에서 만들어져 복잡한 합성 과정을 거쳐야 한다는 한계가 있었습니다. 

이에 연구팀은 별도의 전기나 열에너지 없이 태양에너지만으로도 상온에서 원자 분산 촉매를 합성하는 기술을 개발했습니다. 


촉매를 고정시키는 역할을 하는 지지체로는 이산화티타늄(TiO₂)처럼 산소 원자가 포함돼 있고 쉽게 구할 수 있는 상용 산화물을 이용했습니다. 

연구진이 수소 생산 '백금·이산화티타늄 촉매'를 만들어 성능을 평가한 결과, 1g의 촉매로도 1시간에 3.7L의 수소를 만드는 세계 최고 수준의 효율을 만들어내는 데 성공했습니다. 

또 폐플라스틱을 수산화칼륨 용액으로 녹인 뒤 촉매를 투입했더니, 40시간 동안 98%의 폐플라스틱을 수소로 바꿀 수 있는 것으로 나타났습니다.  

이는 기존에 가장 성능이 우수하다고 보고된 촉매보다 10배 이상 높은 효율을 보였습니다. 

현택환 단장은 "사용하는 지지체와 금속 촉매 종류에 따라 광촉매, 열 촉매 등으로 다양하게 합성할 수 있어 화학산업 비용을 크게 낮출 수 있을 것"이라며 "쉽고 빠르게 촉매를 합성할 수 있는 만큼 산업적 규모로의 확장이 용이할 것으로 기대한다"라고 밝혔습니다. 

이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 머티리얼스' 온라인에서 확인 가능합니다. 

(사진=기초과학연구원(IBS) 제공, 연합뉴스)