메뉴바로가기본문바로가기

동아사이언스

원유 정제 부산물 황 폐기물로 고부가가치 그래핀 만드는 기술 개발

통합검색

원유 정제 부산물 황 폐기물로 고부가가치 그래핀 만드는 기술 개발

2019.11.10 13:53
한국과학기술연구원(KIST) 탄소융합소재연구센터 유남호 선임연구원과 남기호·김경민 연구원(왼쪽부터)
한국과학기술연구원(KIST) 탄소융합소재연구센터 유남호 선임연구원과 남기호·김경민 연구원(왼쪽부터)

국내 연구팀이 환경 문제를 낳고 있는 황을 이용해 꿈의 소재로 불리는 그래핀을 만드는 방법을 개발했다. 석유 정제과정에서 대량 발생하는 황 폐기물을 줄이면서 이를 활용해 고부가가치 제품을 만들 새로운 길이 열렸다는 평가가 나온다. 

 

한국과학기술연구원(KIST) 탄소융합소재연구센터 유남호 선임연구원과 남기호·김경민 연구원은 황을 이용해 원자 한 층으로 이뤄진 얇은 그래핀을 만드는 제조공정을 개발했다고 10일 밝혔다. 

 

연구팀은 “황을 포함한 그래핀은 수은 등 중금속을 잘 달라붙게 하고 소재 간도와 가스 차단성이 우수하고, 황을 다시 회수해서 쓸 수 있다”며 “향후 환경오염을 유발하는 황 폐기물을 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 

 

원유 정제 과정에서 발생하는 황 폐기물의 양은 전 세계적으로 연간 700만t에 이르지만, 황 수요가 많지 않고 가공성이 떨어져 이를 재활용하는 방법이 마땅치 않았다. 원유에 남아있는 황은 산소와 결합하여 황산화물을 발생시키고 대기 중의 수분과 결합하여 산성비가 되는 등 다양한 환경 문제를 일으키고 있기 때문이다. 전 세계적으로 황 생산량 중 상당량이 폐기물로 쌓이고 있지만 현재로선 마땅히 처리할 방법이 없다. 국내에서는 황 폐기물을 중국에 수출하고 있지만, 중국의 정유 산업이 고도와 되면서 이 수출량이 줄어들 것이란 전망이다. 전 세계적으로 황을 활용하기 위한 소재 및 공정 연구가 진행되고 있지만, 상용화에 어려움을 겪고 있는 실정이다.  

 

이전까지 연구는 황을 이용해 고분자 소재를 만들거나 탄소 소재를 황과 물리적으로 섞어서 슈퍼커패시터 및 배터리 등 에너지 소재 등에 응용하는 분야에 집중됐다. 

 

연구팀은 다량의 황을 높은 온도에서 녹여 환원제와 유기용매를 넣지 않고 그래핀을 제조하는 제조방법을 개발했다. 연구팀은 그래핀을 제조하는 과정에서 황이 150도 온도에서 효과적인 환원제로 쓰인다는 점에 주목했다. 황을 환원제로 사용하면 별도의 환원제 없이 그래핀을 제조할 수 있다. 그래핀을 제조하고 남은 황은 재사용이 가능하고 연속공정을 통해 회수도 가능하다. 

 

연구팀이 개발한 그래핀은 수용액 내에서 수은 이온을 94% 이상 흡착하는 것으로 나타났다. 또 복합소재로 만들면 기존 소재보다 150% 이상 강도가 높고 가스 차단성도 95% 이상 향상됐다.

연구팀은 이번에 개발한 황 그래핀은 수은을 포함한 중금속 제거용 필터, 자동차 및 항공용 부품 소재, 전자기기 부품, 에너지 저장용 배터리 제품을 개발하는데 활용될 수 있다고 설명했다. 

 

다만 이번 연구는 실제 황 폐기물을 직접 활용한 것은 아니다.  유남호 선임연구원은 “황 폐기물을 활용해 고부가가치를 가지는 제품을 만들 수 있다면 환경뿐만 아니라 새로운 시장을 창출할 기회가 될 수 있다는 생각을 가지고 처음 연구를 시작했다”며 “실용화를 위해서는 기업체와의 효과적인 협업을 통해 추가적인 양산성 테스트 및 적용 부품 발굴 등 산·학·연 개발이 함께 이뤄져야 한다”고 말했다. 

 

이번 연구는 연구결과는 소재 분야 유명 국제 저널인 ‘컴포지트 파트B: 엔지니어링’ 최신호에 소개됐다. 
 

이 기사가 괜찮으셨나요? 메일로 더 많은 기사를 받아보세요!

댓글 0

15 + 5 = 새로고침
###
    과학기술과 관련된 분야에서 소개할 만한 재미있는 이야기, 고발 소재 등이 있으면 주저하지 마시고, 알려주세요. 제보하기