UNIST(울산과학기술원) 에너지화학공학과 곽자훈·장지욱, 화학과 주상훈 교수연구팀이 고부가가치 석유화학 원료인 산화프로필렌을 유해물질 배출 없이 태양광 에너지와 산소만으로 합성하는 ‘3종 촉매 융합 시스템’을 개발했다.
광촉매가 물속에서 햇빛을 받아 전기(전자)를 생산하고, 전기화학 촉매는 이 전기를 이용해 산소를 환원시켜 과산화수소를 만들고 과산화수소가 불균일촉매의 도움을 받아 프로필렌과 반응해 산화프로필렌을 합성하는 시스템이다.
기존 프로필렌 산화 화학공정의 유해물질 배출 문제를 해결한 것으로 태양광 에너지와 산소만으로 산화프로필렌을 만들 수 있게 됐다.
연구팀은 과산화수소의 친환경 생산과 함께 실시간 공급도 가능케 해 생산 시스템을 단순화했다.
이를 통해 수송과 저장의 비용을 줄이고 고농도 과산화수소가 시간이 지날수록 분해돼 버려지는 단점을 차단했다는 평가를 받고 있다.
현재 산화프로필렌은 자동차 내장재나 화장품·의약품의 기초 원료로 수요가 꾸준히 증가하고 있다.
원유 납사의 프로필렌으로 산화시켜 합성하며 친환경적인 산화제인 산소와는 반응이 쉽지 않아 유해 물질인 염소를 사용하고 있다.
최근 염소 대신 과산화수소를 산화제로 이용하고 있지만 과산화수소 생산 공정 자체가 친환경적이지 못한 단점을 안고 있다.
연구팀은 3종류 촉매의 반응을 정교하게 제어하는 기술을 사용한 친환경 시스템을 통해 94%의 효율로 산화프로필렌을 생산할 수 있는 성과를 거뒀다.
이번 연구는 추가적인 외부전압과 값비싼 화합물 없이 태양광으로 작동하는 산화프로필렌 합성 시스템을 최초로 선보였다는 점에서 높은 평가를 받고 있다.
UNIST 고묘화 연구원, 곽자훈 교수, 장지욱 교수(왼쪽부터)/UNIST 제공
연구 성과는 촉매 분야 연구의 최고 권위지인 ‘네이쳐 카탈리시스(Nature Catalysis)’ 표지논문으로 선정됐다.
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