이산화탄소를 플라스틱 원료로 바꾼다고?!
이산화탄소를 플라스틱 원료로 바꾼다고?!
  • 함예솔
  • 승인 2018.07.26 14:00
  • 조회수 2531
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온실가스를 자원으로. 출처: fotolia
온실가스를 자원으로. 출처: fotolia

물이나 이산화탄소 등 지구에 비교적 풍부한 자연원료로 플라스틱 같은 고부가가치 화학원료를 생산해낼 수 있다면 어떨까요? 

 

한국과학기술연구원 청정에너지연구센터 민병권, 황윤정 박사 연구팀은 이산화탄소로부터 플라스틱의 원료인 에틸렌을 생성할 수 있는 고효율 전환촉매를 개발해 이산화탄소도 줄이고, 경제적 가치도 창출해 낼 수 있는 길을 열었습니다. 

 

에틸렌은 대표적인 플라스틱 소재인 폴리에틸렌 제조에 쓰이고 다양한 화학제품 생산에 필요한 중요한 화학원료 물질입니다. 에틸렌은 이렇게 다양하게 활용될 수 있어 전 세계적으로 연간 147만 톤(약 1,217억 달러, 2016 기준)에 달하는 거대한 시장규모를 가지고 있습니다. 

 

이산화탄소를 에틸렌으로 바꾸는 고효율 전환촉매 기술. 출처:한국과학기술연구원
이산화탄소를 에틸렌으로 바꾸는 고효율 전환촉매 기술. 출처:한국과학기술연구원

연구팀은 구리 호일을 간단한 전기화학적 방법으로 산화시켜 나노와이어 구조와 구리 수산화물을 합성하고 이를 이산화탄소 환원 촉매 전극으로 사용했습니다. 

 

전기화학적 방법이란, 전기에너지를 이용해 이산화탄소 분자에 전자를 제공해 이산화탄소 분자의 환원형인 일산화탄소, 메탄, 에탄올, 에틸렌 같은 화합물로 전환시키는 방법을 말합니다. 따라서 이 방법은 이산화탄소 분자에 몇 개의 전자가 제공되는지에 따라 생성물이 달라집니다. 즉 전자를 제공해주는 촉매의 소재가 중요합니다.

 

에틸렌 생성을 위해서는 구리금속을 사용하는 것이 가장 적합합니다. 하지만 부반응물인 수소와 메탄이 경쟁적으로 발생되고, 탄소가 2개 이상 존재해야하는 다탄소 화합물인 에틸렌을 만들려면 탄소와 탄소 사이의 결합이 가능해야 하기 때문에 기술개발이 어렵습니다. 

 

개발된 촉매 전극은 기존 구리 금속 호일에 비해 에틸렌 생성 선택도는 2배 이상 증가됐고, 부반응물질로 나오는 메탄의 생성 선택도도 기존 대비 30분의 1 수준으로 억제됐습니다. 또한 기존에는 구리기반 촉매가 1~2시간 수준의 촉매안정성을 보여줬다면 이번에 개발된 촉매는 20배 이상 증가된 안정성을 보여줬습니다. 

 

이 연구에 참여한 황윤정 박사는 "이 기술의 가장 큰 장점은 저가의 구리 촉매를 이용해 매우 간단하고 짧은 시간 동안의 전기화학적 처리만으로도 향상된 촉매 전극을 제조할 수 있는 것"이라며 "향후 이산화탄소 전환을 통한 에틸렌 생산기술의 상용화에 기여할 것"이라고 전했습니다. 본 연구는 화학분야 국제학술지인 <미국화학학회지(Journal of the America Chemical Society: JACS)>에 게재됐습니다. 
 



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