기초과학연구원(IBS) 연구진이 개발한 전기촉매 모식도 © 뉴스1

기초과학연구원(IBS)은 나노입자 연구단 현택환 단장·성영은 부연구단장이 에드워드 살전트 캐나다 토론토대 교수와 공동연구를 통해 세계 최고 효율로 과산화수소를 생산할 수 있는 새로운 전기촉매를 개발했다고 14일 밝혔다.

현재 과산화수소는 유기물에 수소를 첨가하고 공기로 산화하는 단계를 거치는 '안트라퀴논 공정'으로 생산된다. 이 공정은 고가의 팔라듐 촉매를 다량 사용해야 하고 부산물로 발생하는 유기물이 환경오염을 유발한다는 단점이 있다.앞서 2020년 연구팀은 저렴한 코발트 기반 촉매와 물, 산소만을 이용해 전기화학적으로 과산화수소 생산이 가능한 기술을 처음 선보인 바 있다. 다만 실제 산업 규모보다 100배 이상 작은 실험실 규모에서만 활성을 보여 한계가 뚜렷했다.

이에 연구팀은 그래핀 위에 코발트 원자를 올린 촉매 대신 원통형 탄소나노튜브(CNT)에 분자촉매를 결합하는 방식을 채택, 산업 규모에서도 높은 활성을 보일 수 있도록 촉매를 개선시켰다.

새로 개발한 촉매는 1㎏으로 하루 6.6톤의 과산화수소 생산이 가능하다는 게 연구팀의 설명이다. 특히 전기 소모를 4배로 줄여 제작단가를 3분의 1 수준으로 낮추면서도 이산화탄소 배출은 10분의 1 이하로 경감 가능하다.연구팀은 100시간 이상 과산화수소를 연속적으로 생산해도 초기 성능의 99% 이상을 유지하는 안정성 역시 확보했다.

성영은 부단장은 "초고농도 과산화수소를 전기적으로 생산할 수 있도록 촉매를 개선시킬 계획"이라며 "과산화수소는 물과 희석하여 원하는 농도로 사용되는데 고농축 과산화수소를 생산하게 되면 운송비를 절감할 수 있어 경제적 이득이 더 크다"고 말했다.

현택환 단장은 "과산화수소 뿐 아니라 분자촉매를 이용한 여러 유용한 화학연료 전기적 생산으로 이어질 수 있어 학계에 큰 영향을 줄 것"이라고 밝혔다.


kjs12@news1.kr