기저귀 가격 획기적으로 낮출 '혁신적인 촉매' 기술 공개

GIST·LG화학, "상용화 길 남았어도, 환경·수율·효율 세 토끼 잡아"

기저귀 값도 만만치 않다. 그러나 만드는 수율과 효율성 개선 정도에 따라 판매가를 획기적으로 낮출 수 있다.

국내 연구진이 기저귀 원료 합성에 쓰이는 친환경적인 물질을 개발했다. 당장 상용화는 어려워도, 향후 관련 업계가 관심을 가질 만한 연구결과다.

광주과학기술원(GIST)은 화학과 홍석원 교수 연구팀이 이산화탄소와 에틸렌을 활용해 고부가가치 석유화학 원료인 아크릴산나트륨(sodium acrylate)을 합성할 수 있는 촉매를 개발했다고 22일 밝혔다.

새로운 촉매를 개발한 연구진. 왼쪽부터 GIST 홍석원 교수, LG화학 이창희 박사, GIST 강창묵 연구생(박사과정), GIST 김세용 박사.

홍석원 교수는 "이산화탄소를 사용한다는 측면에서 친환경적인데다 전환수 효율과 수율을 획기적으로 개선했다"며 "LG화학과 공동 연구를 진행했다"고 말했다.

홍 교수는 또 "상용화를 위해선 촉매 성능을 한 단계 더 개선해야 하는 등의 과제가 남아있다"며 "그러나 기술적 측면에서 퀀텀 점프할 충분한 가능성이 있다"고 설명했다.

김세용 연구원(제1저자, 롯데케미칼)는 "전환수(TON) 570의 효율성과 수율 82%의 생산 효율을 달성했다"며 "이는 세계 최고 수준의 전환수 효율성이고, 수율 면에서도 기존 한계를 뛰어넘는 혁신"이라고 부연 설명했다.

전환수(TON, Turnover Number)는 촉매 하나가 얼마나 많은 반응물을 생성물로 전환시킬 수 있는지를 나타내는 값이다. 촉매 성능 평가 지표다.

수율(Yield)은 이론적 생성물 양과 실제 얻어진 양을 백분율로 나타난 값이다. 생산효율을 의미한다.

연구팀은 "기저귀 등 위생제 용도로 사용되는 고흡수성 고분자(SAP) 소재의 핵심 원료인 아크릴산나트륨 수요가 꾸준히 증가 중"이라며 "아크릴산나트륨은 주로 프로필렌을 고온에서 산소와 반응시키는 방식으로 합성해 쓰지만, 에너지 효율성과 환경적 측면에서 개선 목소리가 높았다"고 지적했다.

이에 연구팀은 견고하고 평면적인 구조를 갖춘 니켈 화합물 촉매를 새로 개발했다.

촉매 구조와 수율 등의 비교 그림. A는 기존 촉매 구조고, B는 기존대비 수율과 전환수를 비교했다.

연구팀은 또 부산물은 물에 녹지 않고, 생성물인 아크릴산나트륨만 물에 잘 녹는 간단한 물 추출법으로 생성된 소듐 아크릴레이트를 높은 수율로 분리하는데 성공, 공정의 단순화 가능성도 입증했다.

이 촉매는 또 전환수 최고 기록을 달성(효율 TON 570)하면서도 수율 82%를 기록했다. 특히, 전환수 312에서는 수율 99%를 나타냈다는 것이 연구팀의 부연 설명이다.

종전 세계 최고 기록은 전환수 514(수율 21%) 정도였다. 일반적으로 전환수가 올라가면 수율이 낮아진다.

홍석원 교수는 “이산화탄소를 활용한 화학 공정의 새로운 전기를 마련한 것"이라며 "기존 공정의 한계를 극복하고 이산화탄소와 에틸렌을 활용한 고효율 아크릴산나트륨 합성 기술의 실현 가능성을 한 단계 끌어올렸다”고 말했다.