화학 산업계의 난제 '고효율 불균일 촉매' 개발, 국내 연구진이 풀었다

화학 산업의 핵심 원료 중 하나인 '알데하이드'를 기존 공정보다 쉽고 저렴하게 만들 수 있는 길이 열렸습니다.

서울과학기술대학교(총장 이동훈) 화공생명공학과 노인수 교수는 미국 캘리포니아대학교 산타바바라캠퍼스 연구팀과 함께 화학 산업계가 알데하이드 생산 공정에서 요구해 왔던 고효율 '불균일 촉매'를 개발하는 데 세계 최초로 성공했다고 9일 밝혔습니다.

이 연구 결과는 현지시간 7일 발간된 세계적 권위의 과학학술지인 네이처 지에 실렸습니다.

로듐-텅스텐 단원자쌍 촉매를 이용한 알데하이드 생산 방식. [자료=노인수 교수 제공]

알데하이드는 '석유 산업의 쌀'로 불리는 에틸렌 보다 몇 배 비싼 화학 산업의 필수 핵심 원료입니다. 화학 산업계는 지난 80년 이상 '균일 촉매'를 사용한 '알킨 하이드로포밀레이션' 반응을 통해 의약품과 윤활제 등을 생산하는 데 필수 원료인 알데하이드를 만들어 왔습니다.

'균일 촉매'는 생성물이 분리되지 않아 별도의 정제 과정이 필요했고, 재활용도 되지 않는 문제가 있었습니다. 그렇다고 불균일 촉매를 쓰자니 낮은 선택도가 발목을 잡았습니다. 선택도란 쉽게 말해 반응물을 전환하여 생성된 다양한 생성물 중 원하는 물질이 나오는 비율을 뜻합니다. 그동안 전 세계 화학 산업계가 균일 촉매를 사용해 연간 1200만톤의 알데하이드를 생산해온 이유입니다.

그런데 노 교수에 따르면 이번에 노 교수팀이 개발에 성공한 '불균일 촉매'는 균일 촉매와 달리 생성물이 분리돼 정제를 위한 폐수를 줄여줍니다. 또 촉매 재활용이 가능해 공정의 경제성 또한 높아집니다. 선택도 또한 96%로 균일 촉매와 유사한 것으로 확인됐다는 설명입니다.

서울과학기술대학교 화공생명공학과 노인수 교수.

이번에 개발된 '로디움 텅스텐 단원자 쌍 불균일 촉매'는 기존의 '균일 촉매'를 대체할 수 있을 것으로 기대됩니다.

제 1저자인 노 교수는 “알데하이드 생산 과정에서 환경에 해롭고 재활용이 어려운 균일 촉매를 대체할 고효율 불균일 촉매를 세계 최초로 제시하는 성과를 얻었다”고 밝혔습니다.

다만 산업계에서 바로 적용하는 데는 시일이 걸릴 것으로 보입니다. 노 교수는 JTBC와 전화 통화에서 “아직까지는 소량으로만 촉매 합성이 가능해 규모를 키우는 것이 숙제로 남아있다”고 밝혔습니다.