햇빗·산소만으로 화장품 원료 만든다

[이데일리 김국배 기자] 햇빛과 산소를 이용해 자동차 내장재나 화장품 원료를 합성하는 촉매 시스템이 개발됐다. 이번 연구는 촉매 연구 분야 권위지인 네이처 카탈리시스 표지 논문으로도 선정돼 출판을 앞두고 있다.

유니스트(UNIST·울산과학기술원)는 곽자훈·장지욱(이상 에너지화학공학과)·주상훈(화학과) 교수팀이 고부가가치 석유화학 원료인 산화프로필렌을 합성하는 ‘3종 촉매 융합시스템’을 개발했다고 9일 발표했다.

광촉매, 전기촉매, 불균일 촉매 융합 시스템의 산화프로필렌 생산법 (사진=유니스트)

세 종류의 촉매가 연속적으로 반응하며 프로필렌을 산화하도록 설계된 시스템이다. 기존과 달리 유해물질 배출 없이 태양광 에너지와 산소만으로 산화프로필렌을 만들 수 있다. 생산 효율은 약 94%다.

산화프로필렌은 자동차 내장재나 화장품·의약품의 기초 원료로, 수요가 꾸준히 증가하고 있는 석유화학 원료다. 원유 납사에서 프로필렌을 얻은 뒤 이를 산화시켜 합성한다. 하지만 가장 싸고 친환경적인 산화제인 산소와는 원하는대로 반응하지 않아 유해 물질인 염소를 써 생산해왔다.

최근 환경 규제가 강화되면서 염소 대신 과산화수소를 산화제로 쓰는 공법이 상용화됐지만, 여전히 친환경적이지 않은 한계가 있다. 연구진이 개발한 시스템은 과산화수소를 친환경으로 만들 수 있을 뿐 아니라 실시간으로 공급이 가능하다. 과산화수소 수송과 저장에 필요한 비용도 줄어든다. 고농도 과산화수소가 시간이 지날수록 분해돼 버려지는 것을 막을 수 있다는 장점도 있다.

시스템 개발에는 세 종류의 촉매를 정교하게 제어하는 기술이 쓰였다. 시스템 내 광촉매는 물속에서 햇빛을 받아 전기(전자)를 생산하고, 전기화학 촉매는 이 전기를 이용해 산소를 환원시켜 과산화수소를 만든다. 마지막으로 과산화수소가 불균일 촉매의 도움을 받아 프로필렌과 반응하면 산화프로필렌이 합성된다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 ‘중견연구자지원사업’, ‘미래소재디스커버리사업’, ‘선도연구센터사업(SRC)’ 등의 지원 받아 이뤄졌다. 고묘화 유니스트 석박사 통합과정 대학원생, 김용선 박사, 우진우 박사가 공동 1저자로 참여했다.

장지욱 교수는 “추가적인 외부전압과 값비싼 화합물 없이 태양광으로 작동하는 산화프로필렌 합성 시스템을 최초로 선보였다는 점에서 그 의미가 크다”라며 “광촉매 성능을 더 개선한다면 상업적으로도 더 큰 가치가 있을 것”이라고 말했다.