한국화학연구원, 수소화 반응 상온서 가능한 기술 개발 :: 전체

(사진. 한국화학연구원)

고온 조건이 아니어도 값비싼 귀금속 촉매를 사용하지 않고도 수소화 반응을 일으키는 촉매기술이 개발됐다.

일반적으로 수소화 반응은 100℃ 이상의 고온에서 이뤄지는데, 고온으로 높이기 위해 에너지가 많이 소모되고 온실가스를 배출해 상온으로 낮추기 위한 연구가 이어졌다. 하지만 상온에서의 수소화 반응은 경제성이 떨어지는 게 문제였다.

한국화학연구원 연구진은 금속유기골격체(MOF) 촉매에 알코올을 넣고 단순 가열하는 간단한 방법으로 이 문제들을 한꺼번에 해결했다. MOF 촉매에 알코올을 넣고 끓이자 MOF의 지르코늄 산화물 부분에 활성점이 생겼다. 이렇게 반응 자리가 늘어나자 촉매 표면이 활성화되고, 활성 에너지를 낮춰 상온 30℃에서도 쉽게 수소화 반응이 이뤄진 것이다.

연구진은 신형 MOF 촉매를 이용해 상온에서 바이오매스 ‘퍼퓨랄’을 화학원료 ‘퍼퓨릴 알코올’로 전환하는 데 성공했다. 이러한 방식으로 석유화학공정과 바이오화학공정 등의 중간체 7종을 만드는 데 성공했고, 신형 MOF 촉매가 상온에서 작동하는 것을 확인했다. 이에 따라 지금까지 화학공정에서 골칫거리로 취급받던 폐열을 반응열로 활용할 수 있게 됐다. 석유화학공정 등에서 발생하는 폐열은 보통 80℃ 이상인데, 환경에 미치는 영향을 감안해 냉각수로 식혀 40℃ 이하로 떨어뜨린 후 공기 중으로 배출하는 경우가 많다. 냉각수로 식힌 폐열을 반응열로 활용하면 재활용은 물론이고, 온실가스 감소에도 기여할 것으로 기대된다.

한국화학연구원 황영규 본부장은 “수소 전달 과정의 전이상태 중간체가 밝혀졌기 때문에 이를 바탕으로 한 새로운 촉매 반응경로 연구 등이 활발하게 이뤄질 것”이라며 “석유화학과 정밀화학, 바이오화학 공정 등에 미치는 영향이 클 것”이라고 말했다.