[1일IT템]친환경 공정으로 차 내장재·화장품 원료 만들었다

UNIST, 산화프로필렌 만드는 3중 촉매 시스템 개발
물과 햇빛으로 전기 만들고 전기로 과산화수소 생산
과산화수소와 프로필렌 반응시켜 산화프로필렌 합성

광촉매(왼쪽 첫번째)가 태양광 에너지를 받아 전기를 만든다. 이때 광촉매 표면으로 이동한 정공이 물을 산화시켜 산소를 발생시킨다. 전자는 전기촉매(왼쪽 두번째)로 이동해 산소를 환원시켜 과산화수소를 생산한다. 생산된 과산화수소는 불균일촉매(왼쪽 세번째)로 이동해 프로필렌을 산화하는 산화제로서 작용해 산화프로필렌을 만들어낸다. UNIST 제공

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 곽자훈·장지욱·주상훈 교수팀은 산화프로필렌을 만드는 3중 촉매 융합 시스템을 개발했다. 이 시스템을 사용하면 유해물질인 염소 없이도 프로필렌을 햇빛과 물만으로 산화프로필렌을 만들어 낼 수 있다.

10일 연구진에 따르면, 3중 촉매 융합 시스템을 적용해 94%의 효율로 산화프로필렌을 만들 수 있다. 장지욱 교수는 "추가적인 외부 전기에너지와 값비싼 화합물 없이 태양광으로 작동하는 산화프로필렌 합성 시스템을 최초로 선보였다는 점에서 그 의미가 크다"며 "광촉매 성능을 더 개선한다면 상업적으로도 더 큰 가치가 있을 것"이라고 말했다.

산화프로필렌은 원유 납사에서 나온 프로필렌을 산화시켜 만드는데 주로 자동차 내장재나 화장품 원료로 쓰인다.

산화프로필렌을 만들때 가장 값싸고 친환경적 산화제인 산소와는 원하는 만큼 반응하지 않아 유해 물질인 염소를 써 생산해 왔다. 최근 환경 규제가 강화되면서 염소 대신 과산화수소를 산화제로 쓰는 공법이 상용화됐지만, 과산화수소 생산 공정도 여전히 친환경적이지 못하다.

연구진은 친환경적으로 산화프로필렌을 만드는 공정에 적용하기 위해 3종류의 촉매 반응을 정교하게 제어했다.

먼저 촉매 융합 시스템 내의 광촉매는 물 속에서 햇빛을 받아 전기를 생산한다. 그 다음 전기화학 촉매는 이 전기를 이용해 산소를 환원시켜 과산화수소를 만든다. 마지막으로 과산화수소가 불균일촉매의 도움을 받아 프로필렌과 반응해 산화프로필렌을 만들어낸다.

곽자훈 교수는 "가장 풍부하고 값싼 산소를 사용해 산화프로필렌을 합성하는 촉매 기술은 석유화학 분야의 난제 중 하나"라며 "그만큼 산업적으로도 파급력이 큰 연구"라고 설명했다.

연구진이 개발한 시스템은 과산화수소까지 친환경적으로 만들뿐만 아니라 실시간으로 과산화수소 공급이 가능해 생산 시스템을 단순화 할 수 있다. 또한 과산화수소 수송과 저장에 필요한 비용도 줄이고, 고농도 과산화수소가 시간이 지날수록 분해돼 버려지는 것을 막을 수 있다는 장점도 있다.

주상훈 교수는 "이번 연구를 통해 산화프로필렌뿐만 아니라 다양한 화합물을 친환경적으로 생산할 수 있는 광전기화학 기술의 잠재력을 입증했다"고 설명했다.

이번 연구결과는 촉매 분야 연구의 최고 권위지인 '네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)' 표지논문으로 선정돼 정식 출판을 앞두고 있다.