KBSI-경상대-타이완과기대, 폐페트병으로 화학연료 생산 성공

촉매 성능 300시간 시험…포름산염으로 86% 전환

버려진 페트병을 유용한 화학원료로 전환하는 촉매가 개발됐다.

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 진종성 박사 연구팀이 최명룡 경상국립대학교 교수, 장즈창 국립타이완과학기술대학교 교수 연구팀과 공동으로 폐페트병에서 얻은 성분을 포름산염으로 전환하는 촉매를 개발하고, 그 작동 원리를 규명했다고 22일 밝혔다.

폐페트병을 화학적으로 분해하면 ‘테레프탈산’과 ‘에틸렌글리콜’을 얻을 수 있다. 테레프탈산은 다시 플라스틱 원료로 활용할 수 있지만, 에틸렌글리콜은 물과 잘 섞이고 끓는점이 높아 분리·회수가 어렵다.

연구팀은 에틸렌글리콜을 직접 분리하는 대신 이를 유용한 화학원료인 ‘포름산염’으로 전환해 폐페트병의 자원 활용도를 높였다.

그림=KBSI

연구팀은 얇은 판 형태의 산화니켈(NiO) 표면에 루테늄(Ru) 원자를 하나씩 고정한 ‘단일원자 촉매’를 개발했다. 이산화탄소 레이저를 약 10분간 쪼여 제작했다.

개발한 촉매는 포름산염 전환 실험에서 패러데이 효율 86.37%를 기록했다. 이는 반응에 사용된 전하 가운데 약 86%가 포름산염을 만드는 데 쓰였다는 의미라는 것.

실제 폐페트병을 분해한 용액을 사용한 실험에서도 25시간씩 12회, 총 300시간 동안 안정적인 촉매 성능을 유지했다.

진종성 책임연구원은 “촉매 표면의 반응 중간물질을 분석해 에틸렌글리콜이 포름산염으로 전환되는 과정을 설명할 근거를 확보했다”며 “앞으로 다양한 친환경 촉매의 작동 원리를 밝히고 설계 방향을 제시하는 데 이 분석 기술을 활용할 것"이라고 말했다.

연구결과는 화학 분야 국제학술지 ‘앙게반테 케미 국제판’에 10월 5일 온라인으로 게재됐다.