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온실가스·바이오디젤 부산물 활용기술 개발

[블루이코노미 한승호 기자] 온실가스인 이산화탄소와 바이오디젤의 부산물인 글리세롤로부터 유용한 화학원료인 젖산과 포름산을 동시에 생산할 수 있는 촉매 공정 기술이 개발됐다.

최근 친환경 정책의 영향으로 식물 유래 연료인 바이오디젤 생산이 전세계적으로 증가하고 있다. 글리세롤은 바이오디젤이 생산될 때 약 10% 정도 나오는 부산물로, 가격이 매우 저렴하다. 글리세롤에 있는 수소를 떼어내 반응시키면 생분해성 플라스틱의 원료인 젖산을 만들 수 있어 관련 연구가 전세계적으로 증가하고 있다.

한국화학연구원 황영규 박사팀은 바이오디젤 부산물인 폐글리세롤과 버려지는 온실가스 이산화탄소로부터 유용 화학원료 젖산과 포름산 동시 생산 촉매 공정 개발했다고 1일 밝혔다.

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바이오디젤의 부산물인 글리세롤로부터 유용한 화학원료인 젖산과 포름산을 동시에 생산할 수 있는 촉매 공정 기술이 개발됐다. 사진=한국화학연구원 제공


젖산은 썩는 플라스틱의 원료로 활용될 수 있으며 포름산은 연료전지의 수소저장물질, 가죽과 사료첨가제로 쓰이거나 추가 촉매 공정을 통해 화학제품으로 만들어질 수 있다. 2020년 기준 세계적 시장 규모로 젖산은 170만톤, 포름산은 200만톤 이고 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 생산하게 한다.

연구팀은 금속 이온이나 금속 클러스터가 유기물로 연결된, 구멍이 많은 다공성 물질인 금속유기골격체에 루테늄 원자 세 개가 있는 분자체 물질을 넣은 다음 태워서 루테늄 금속이 분산된 나노 촉매를 만들었다.

새로 개발한 촉매 공정은 기존 연구보다 촉매 활성이 좋고, 젖산과 포름산 생산 수율이 높다. 이론적으로 기존 촉매보다 10~20배 정도 촉매 활성이 좋고, 생산량 또한 2배 정도 높은 수치다고 연구팀은 설명했다.

또한 연구팀은 전자현미경, X-선 흡수 분광법 등을 활용해 루테늄 금속의 입자 크기와 결정성, 탄소의 표면과 기공 특성을 파악한 결과 결정성과 입자 크기가 큰 루테늄 촉매가 젖산과 포름산의 동시 생산에 더 크게 반응하는 것을 밝혔다.

황영규 한국화학연구원 본부장은 “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 전망된다”고 말했다.

한국화학연구원 화학공정연구본부 황영규 본부장과 성균관대 권영욱 교수 공동 연구팀은 위 연구결과를 세계적인 물질 분야 권위지인 ‘물질화학(Chemistry of Materials)’ 12월호에 표지논문으로 발표했다.

한승호 기자 hoho@blueconomy.kr
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