폐플라스틱을 수소로 새활용 하는 촉매 국내연구진 개발

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폐플라스틱을 수소로 광분해하는 방법을 국내 연구진이 개발했다.

매일 수십톤씩 버려지는 폐플라스틱의 새활용 길이 열렸다. 우리나라의 기조과학연구원(IBS)나노입자 연구단과 공동 연구진은 단 1g으로 시간당 3.7L수소를 생산하는 세계 최고 효율의 촉매를 개발했다고 밝혔다. 이 촉매를 폐플라스틱 광(光)개질 반응에 적용했을 때, 98%의 플라스틱이 수소로 전환 되는 성능을 보였다.

연구진이 개발한 합성법의 모식도 및 합성한 촉매의 전자 현미경 사진
연구진은 빛 에너지를 통하여 산화물(이산화티타늄, 산화아연, 산화 세륨)의 광화학적 표면 산소 결함 조절하고, 산업적으로 중요한 금속 원자(백금, 이리듐, 구리)를 결합시킬 수 있는 범용적 원자 분산 촉매 합성법을 개발했다. / IBS

촉매는 화학산업의 큰 역할을 한다. 주로 백금을 비롯한 귀금속계 촉매를 활용하는데 귀금속계 촉매는 가격이 바싼 단점이 있다. 그래서 많은 산업군에서 비용때문에 활용을 못하고 있다. 또한 반응 조건에 따른 결과가 다르게 나와 촉매의 성능을 온전히 활용 못하는 경우가 많았다. 이에따라 촉매가 개별적으로 분산되어 움직이는 원자 분산 촉매가 각광 받고 있는데 이 기술을 국내 연구진이 개발한 것이다.

국내 연구진이 개발한 방법은 별도의 전기에너지나 열 에너지 없이 태양 빛만을 활용해 상온에서 원자 분산 촉매를 합성하는 방법이다. 쉽게 구할수 있는 이산화티타늄을 산화제로 사용해 백금-이산화티타늄 촉매의 성능을 평가했다. 1g의 촉매를 사용했을때 1시간에 3.7L의 수소를 발생시키는 세계 최고 효율을 보였다. 이어 플라스틱에서 수소를 생산하는 반응에도 적용해 보았다. 플라스틱을 수산화칼륨용액에 녹인 뒤 촉매를 투입했다. 개발된 촉매는 40시간동안 98%의 폐플라스틱을 수소로 전환하는 성능을 나타냈다. 기존에 가장 성능이 우수하다고 보고된 촉매보다 10배 이상 높은 성능이다.

연구진이 개발한 촉매의 광촉매 반응 성능
연구진이 개발한 합성법을 통해 생산한 원자 분산 백금/이산화티타늄 촉매는 광촉매적 수소 발생 반응에 적용 시 1g의 촉매를 이용하여 시간당 최대 3.7L의 수소를 생산해낼 수 있었으며(왼쪽), 폐페트병 광-개질 반응에 적용 시 최대 98%의 페트병의 수소로의 전환율을 달성할 수 있었다. / IBS

한 연구진은 “태양에너지를 사용해 친환경적으로 고성능 원자 분산 촉매를 합성할 수 있는 새로운 합성법을 제시한 성과”라며 “이 합성법은 여러 종류의 금속 촉매와 산화물에 범용적으로 적용 가능하다는 장점이 있다”고 말했다.

연구를 이끈 현택환 단장 “사용하는 지지체 및 금속 촉매의 종류에 따라 광촉매, 열촉매 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 보인다”고 말했다.

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