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화학산업의 비타민 ‘촉매’ 효율 높이는 방법 찾아냈다

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2018년 01월 25일 07:00 프린트하기

촉매는 화학산업 전반에 쓰인다. 자동차 배기가스 저감장치 등 실생활에서도 주로 이용되며 의약산업 등에서 약품을 합성할 때도 필수적으로 쓰인다. 국내연구팀이 기존의 복잡한 고체 촉매 합성법을 간소화 할 수 있으면서도 촉매 효율도 향상시킬 수 있는 친환경 합성법을 찾아냈다.

 

박지찬 한국에너지기술연구원(이하 에너지연) 청정연료연구실 연구원팀은 고성능의 저가 고체 촉매 제조기술을 개발한데 이어, 새로운 자동화 촉매 합성장치 역시 시험적으로 개발하는데 성공했다고 24일 밝혔다.

 

고체 촉매는 현재 자동차 배기가스 저감장치나 연료전지, 의약산업 등 다양한 산업에 폭넓게 이용되고 있다. 이 촉매는 주로 ‘공침법’이나 ’습식담지법’ 등의 방법으로 만드는 것으로 알려져 있다. 공침법은 금속촉매 원료를 용액에 침전시킨 다음 열처리를 거쳐 만든다. 습식담지법은 촉매 재료를 녹인 용액을 건조시킨 후, 다시 열처리를 진행한다.

 

이 과정 중 유해성이 높은 용액을 사용해야 했고, 촉매 합성후에는 폐용액이 발생하는 문제가 있었다. 최근엔 상대적으로 효율이 높은 ‘나노촉매’가 개발되고 있지만 이 역시 복잡한 합성 과정, 높은 제조가격, 생산 안정성 부족 등의 이유로 실제 상용화까지 가기는 매우 어려운 상황이었다.

 

에너지연 연구팀은 연구팀은 공침법이나 습식담지법의 단점을 해소한 ‘용융함침공정’을 바탕으로한 고체 촉매 합성 기술을 새롭게 개발해 이를 극복했다. 이 기술은 고체 촉매합성에 필요한 금속염 등 소재를 유해 용매 사용 없이 녹이고, 고루  균일하게 섞을 수 있는 방법이다.

 

한국에너지기술연구원 제공
한국에너지기술연구원 제공

이렇게 제조한 금속 촉매는 기존 촉매에 비해 금속 나노입자 함유 비율이 5~10% 더 높다. 촉매 내 금속 나노입자의 비율을 높일수록 촉매의 생산성이 높아지는 반면, 안정성은 떨어진다. 그러나 이 공정으로 생산한 촉매는 상대적으로 높은 나노 입자 비율을 가졌음에도 반응성과 안정성이 높았다.


연구팀은 이번 기술을 바탕으로 국내 기업과 ‘자동화 촉매 합성 장치’를 개발하는데도 성공했다. 상용화가 이뤄지면 앞으로 촉매 제조에 필요한 숙성, 가열 등의 모든 과정을 미리 설정된 값에 맞춰 자동으로 진행할 수 있어 누구나 산업현장에서 필요한 촉매를 손쉽게 합성할 수 있게 될 것으로 보인다.

 

박 연구원은 “앞으로 촉매 이외에도 나노물질이 필요한 다양한 물질을 쉽고 빠르게 자동 합성할 수 있고, 그 제조법 역시 손쉽게 공유할 수 있게 될 것”이라고 설명했다.

 

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