지난 화학이야기에서 고부가 화학제품을 만드는 차세대 촉매인 ‘메탈로센(Metallocene)’을 소개드렸습니다. (참고: 꿈의 차세대 촉매 ‘메탈로센’ www.chemidream.com/2453) ‘촉매’ 기술을 이용해 환경을 지키는 새로운 연구와 기술이 개발되고 있어 소개 드리려고 합니다. 매일 최악의 미세먼지와 초미세먼지를 기록하며 우리의 건강을 위협하고 있는데요. ‘촉매’ 기술을 통해 환경오염물질을 없애고 새로운 원료나 청정에너지를 생산할 수 있는 기술들이 개발되고 있다고 합니다. 미래환경을 생각한 촉매기술은 어떤 것들이 있는지 알아보도록 하겠습니다.
화학에너지 핵심기술 #촉매
‘촉매’의 사전적인 의미는 ‘자신은 변화하지 않으면서 다른 물질의 화학반응을 매개하여 반응 속도를 빠르게 하거나 늦추는 일 또는 그런 물질’입니다. 화학과 에너지 산업의 핵심기술이라고 할 수 있지요. 이 촉매기술을 이용해 미래 에너지와 깨끗한 공기를 만드는 기술이 개발되고 있는데요. 이것이 바로 ‘그린나노촉매기술’입니다.
친환경 #그린나노촉매기술
이산화탄소는 환경을 위협하는 주요 물질 중 하나인데요, 바로 석유나 석탄 등을 에너지로 사용하기 때문에 발생하는 물질입니다. 그래서 태양광 등 환경을 생각한 신재생에너지개발이 한창인데요. 그린나노촉매기술은 환경물질을 배출하지 않으면서 에너지를 생산하고, 환경문제를 일으키는 물질을 없애 깨끗한 공기를 만드는 데 기여할 수 있습니다. 현재 전 세계 기업들과 연구기관에서는 그린나노촉매기술을 이용한 다양한 친환경 기술을 개발하고 있는데요, 그 중 몇 가지 주목할 만한 기술을 소개해 드리겠습니다.
이산화탄소를 #석유화학원료로 바꾸는 기술
이산화탄소는 대기오염과 지구온난화를 일으키는 주요 원인물질인데요. 나노촉매기술을 이용해 이산화탄소를 석유화학제품으로 생산하는 기술이 개발됐습니다. 한국연구재단은 올해 1월, 이산화탄소로부터 석유화학 중간체를 생산하는 촉매기술을 개발했다고 발표했는데요.
▲이산화탄소로부터 석유화학 중간체를 합성하는 과정(출처: 한국연구재단)
이산화탄소를 효율적으로 사용하기 위해서는 최종 산물의 전 단계인 메탄올이나 디메틸에테르 등의 중간체로 전환해야 합니다, 문제는 촉매로 사용되는 금속나노입자가 쉽게 비활성화된다는 점입니다. 연구팀은 산화알루미늄(Al₂O₃)과 구리 나노구조를 합성한 촉매를 개발해 효율을 기존 기술보다 30% 이상 높였는데요. 이 기술을 이용해 이산화탄소도 줄이고 새로운 원료를 생산할 수 있게 되었습니다.
친환경 #수소연료 만드는 기술
▲출처: TreeHugger
수소자동차는 전기자동차와 함께 친환경 미래 자동차로 주목받고 있는데요. 수소자동차의 핵심연료인 ‘수소’를 친환경적으로 생산할 수 있는 나노촉매기술이 개발됐다고 합니다. 한국기초과학지원연구진은 울산과학기술원(UNIST) 교수팀과 공동으로 물을 분해해 수소를 얻을 때 생산효율을 높일 수 있는 새로운 전극 촉매를 개발했다고 지난해 11월 발표했는데요.
▲백종범 UNIST 교수팀이 개발한 경제적 물 분해 촉매인 ‘Ru@C₂N’ 구조.(출처: UNIST)
물을 전기분해 할 때 필수 전극 촉매는 대부분 희귀한 금속을 사용해 가격이 높고 내구성이 낮은게 단점이었습니다. 하지만 연구진은 백금-니켈-루테늄을 합성한 새로운 물질을 개발했습니다. 이 물질은 기존 이리듐-백금 촉매방식보다 15배 촉매활성도를 높여 수소 생산률을 높이고 성능 또한 장시간 사용해도 변함없이 유지되는 등 내구성도 확인했습니다. 이 기술을 이용하면 더 낮은 비용으로 대량으로 수소를 얻을 수 있어 수소자동차 대중화에 기여할 수 있을 것으로 보입니다.
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