[대전=뉴스핌] 김태진 기자 = 국내 연구진이 온실가스인 '이산화탄소'와 바이오디젤 부산물인 '글리세롤'을 유용한 자원으로 생산하는 촉매기술을 개발했다.

한국화학연구원은 황영규 박사팀이 글리세롤과 이산화탄소를 활용해 젖산과 포름산을 높은 수율로 생산할 수 있는 촉매 공정을 개발했다고 30일 밝혔다.

젖산은 썩는 플라스틱의 원료로 활용될 수 있으며 포름산은 연료전지의 수소저장물질, 가죽과 사료첨가제로 쓰이거나 추가 촉매 공정을 통해 화학제품으로 만들어질 수 있다.

연구진이 개발한 촉매의 반응을 통해 글리세롤과 이산화탄소를 동시전환해 젖산과 포름산을 생산하는 것을 나타낸 그림[사진=한국화학연구원] 2020.11.30 memory4444444@newspim.com

Markets and Markets 보고서에 따르면 2020년 기준 세계적 시장 규모로 젖산은 170만t, 포름산은 200만t이고 매년 15%, 5%씩 시장이 성장하는 추세다.

글리세롤과 이산화탄소로부터 젖산과 포름산을 동시에 생산하는 원리는 촉매를 이용한 '탈수소화 반응'과 '수소화 반응'이다.

수소가 들어있는 유기화합물에서 수소원자를 떼어내는 반응이 탈수소화 반응이고 이 떼어낸 수소원자를 다른 화합물에 첨가시키는 것을 수소화 반응이라고 한다.

연구팀이 개발한 촉매는 글리세롤에서 수소를 떼어내 이동시킨 후 이산화탄소와 반응하게 해 젖산과 포름산을 생산한다.

수소화 반응은 촉매 분야에서 많이 이용되고 있지만 수소가스는 운반이 위험하고 사용이 어려워 수소가스를 활용한 수소화 반응 연구 대신 수소가 액체에 포함돼 있는 액상 수소원을 활용한 연구가 각광받고 있다.

화학연은 이와 관련한 연구를 지난 5년간 수행한 끝에 극소량만 넣어도 글리세롤의 탈수소화 반응과 이산화탄소의 수소화 반응을 동시에 이끌어내는 새로운 촉매를 개발했다.

촉매가 얼마나 빠르게 반응물을 전환시킬 수 있는지(TOF, TurnOver frequency) 측정했을 때, 새로 개발된 촉매는 젖산 548, 포름산 164를 기록했다. 단위부피시간당 생산량(STY , Space-Time yield)은 젖산 422g/L·day, 포름산 64g/L·day을 달성했다.

이는 이론적으로 기존 촉매보다 10~20배 정도 촉매 활성이 좋고, 생산량 또한 2배 정도 높은 수치다.

연구진은 계산화학을 통한 촉매 후보군 탐색 등으로 포름산 및 젖산 생산수율을 추가적으로 높여 국가 온실가스 감축에 기여할 실용화 기술을 계속 개발한다는 계획이다.

황영규 박사는 "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"이라고 말했다.

황영규 박사팀과 성균관대 권영욱 교수 공동 연구팀은 이번 연구결과를 세계적인 물질 분야 권위지인 '물질화학(Chemistry of Materials)' 12월호에 표지논문으로 발표했다.

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