3차원 구조의 그래핀 표면 특성을 가지는 탄소지지체를 사용하여 백금 나노 입자를 합성하는 과정 및 이를 이용한 전기화학적 글리세롤 산화반응 테스트 장치 모식도. 자료=화학연 제공 버려진 글리세롤을 활용해 수소와 화학제품을 생산할 수 있는 고성능 촉매기술이 개발됐다. 한국화학연구원 김형주 박사팀은 전북대, 한국에너지기술연구원, 포항공대 연구팀과 공동으로 국내에서 버려지는 글리세롤을 활용, 수소연료와 화학원료 유기산을 동시에 생산할 수 있는 전기화학적 산화반응용 고성능 촉매 설계 기술을 개발했다고 3일 밝혔다. 글리세롤은 자동차 연료인 바이오디젤을 제조하는 과정에서 나오는 부산물이며, 국내에서는 재활용 기술이 전무해 폐기되고 있다. 전 세계적으로는 바이오디젤 생산 증가에 따라 부산물인 글리세롤을 활용한 기술 개발이 이뤄지고 있으며, 최근에는 전기화학적 글리세롤 산화반응 기술이 연구되고 있다. 이 기술은 전기를 주입, 하나의 반응기에서 수소와 유기산을 동시 생산하는 기술로 산화 반응에는 백금 등 귀금속 촉매가 쓰인다. 백금은 고가에 매장량이 적어 백금 촉매를 우수한 성능으로 만드는 연구가 이뤄지고 있다. 화학연 연구팀은 상업용 백금 촉매보다 우수한 성능을 지닌 백금 촉매 설계 기술을 개발했다. 기존 상업용 백금촉매는 표면적을 넓히려 백금이 탄소지지체 위에 고르게 분산된 형태로 이뤄졌다. 연구팀은 기존 탄소지지체보다 표면적이 10배 넓은 3차원 구조 탄소지지체를 개발하고, 이 지지체에 백금을 더 작고 고르게 분살시킬 화학기술을 개발했다. 개발된 3차원 구조 탄소지지체는 입체 골격을 지닌 제올라이트 물질을 활용했고, 표면은 그래핀(탄소 구조체) 특성을 보이도록 해 더욱 입체적이며 넓은 표면적을 가지도록 했다. 이를 통해 백금이 탄소지지체에 더 고르게 분산될 수 있었고, 그래핀 특성의 표면구조로 분산된 백금 입자의 물리화학적 성질을 변화해 글리세롤과 더 잘 반응토록 촉매 성능을 끌어올렸다. 김형주 화학연 박사는 "이번 성과와 관련된 수소 및 화학제품 동시생산을 위한 미활용 탄소원들의 전기화학 촉매 전환 기술은 지난해 국가연구개발 우수성과 100선에 선정된 기술로 화학연 연구팀이 국내에서 유일하게 독보적인 위치를 보인다"며 "관련기술 개발과 상용화에 매진하고 있으며, 또 다른 세계 최고 수준의 촉매 및 반응기술 연구 개발 결과를 학계에 보고할 준비를 하고 있다"고 말했다. 한편 이번 연구는 과기정통부·NST에서 진행하는 화학연 '탄소자원화 BIG 사업' 과제 일환으로 수행됐다. 정재훈 기자
한국화학연구원 김형주 박사팀이 재활용 기술이 없어 전량 폐기되던 글리세롤로 수소와 화학제품을 생산할 수 있는 고성능 촉매기술을 전북대, 한국에너지기술연구원, 포항공대 연구팀과 공동으로 개발했다. 