[재료 Talk!] 백금으로 전기 만들기

저번 레시피에서 소개한 연료전지에 대해 기억하시나요? (레시피#29 바로가기) 연료전지는 촉매를 이용해 수소와 산소를 반응시켜 전기를 생산하는 장치예요. 하지만 실제로 연료전지로 전기를 만들어내는 것은 매우 어려운 일인데요, 그 이유는 수소와 산소가 쉽게 반응하지 않기 때문이에요. 현재 공기 중에도 수소와 산소가 존재해요. 만약 반응이 잘 일어났다면, 공기 중에 물은 계속 생성되고, 우리가 마실 산소는 줄어들어 많이 위험했겠죠? 그렇기 때문에 연구원들은 어떻게 하면 수소와 산소가 잘 반응할 수 있을지에 대해 계속해서 연구해왔어요.

연구진들이 사용한 대표적인 해결책이 바로 촉매예요. 전기화학반응을 쉽게 일으키기 위해서는 금속 계열의 촉매가 적절한데, 그 중 백금 촉매가 가장 효과가 좋아 많이 사용돼요. 하지만 백금은 희소한 귀금속이다 보니, 상당히 고가라 기술 발전을 방해해왔죠.

그래서 연구진들은 먼저 백금 촉매를 적게 사용하기 위한 연구를 진행해 성공시켰어요. 하지만 이에 그치지 않고, 최근에는 백금 촉매를 대체할 다른 촉매들도 활발히 연구 중이에요. 같은 금속 계열로 대체하는 경우도 있는 반면, 비금속을 사용하는 경우도 심심찮게 나오고 있어요. 이에 대한 예시를 이번 레시피에서 간단하게 소개해 드릴게요~

종이 생산 공정 부산물, 나일론 원료로 재탄생

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과에서 종이나 설탕, 바이오연료 생산 공정의 부산물인 ‘리그닌’을 나일론 원료로 만드는 기술을 개발했어요. 리그닌은 나무의 15~35%를 구성하는 성분으로 산업적 활용 가치가 크고 배출량도 많지만, 오염물질이 포함되어 있고, 구조가 복잡해 다른 물질로 전환하기가 어려웠다 해요. 연구팀은 고온고압 환경에서 리그닌 부산물을 수용성 유분, 탄소 분말, 리그닌 오일 등으로 분리하고, 수용성 유분으로 나일론 섬유 원료의 기초물질인 구아이아콜을, 탄소 분말과 리그닌 오일로는 화학반응을 촉진하는 반응 촉매를 만들었어요. 구아이아콜에 두 촉매를 반응시킨 후 산 촉매를 가해 나일론의 핵심 원료 물질을 생산했다고 합니다. 이 기술이 실제 산업에 적용되어 공정 폐기물로부터 고부가가치 원료를 생산할 수 있길 기대해봅니다!

by. 졔인