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국내 연구진이 전기나 태양광 같은 외부 에너지 없이도 스스로 돌아가는 친환경 화학 반응 시스템을 개발했다. 이 기술로 소파·매트리스 속 쿠션재부터 옷감, 생수병에 이르기까지 일상 곳곳에 쓰이는 원료인 ‘프로필렌 옥사이드’를 깨끗하고 저렴하게 생산할 길이 열릴지 기대된다.
곽자훈·장지욱 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수 연구진과 조성준 전남대 교수 연구진은 전기나 태 스마트폰 공인인증서 양광 없이 자가 구동 방식으로 프로필렌 옥사이드를 생산하는 시스템을 개발했다고 23일 밝혔다.
프로필렌 옥사이드는 프로필렌을 산화시켜 만드는 물질로, 폴리우레탄·폴리에스터·글리콜 등 다양한 플라스틱과 합성섬유의 기초 원료로 쓰인다. 문제는 생산 과정에서 반드시 필요한 산화제인 과산화수소(H₂O₂)를 만드는 데 많은 에너지와 오염이 발생한다 해드림사료 는 점이다.
연구진은 이 문제를 ‘스스로 과산화수소를 만들어 쓰는 시스템’으로 해결했다. 산소와 포름알데히드의 전기화학 반응을 이용했는데, 두 반응의 에너지 차이를 정교하게 조절해 외부 전기 없이도 자연스럽게 반응이 이어지도록 설계했다. 이 과정에서 만들어진 과산화수소는 프로필렌과 반응해 곧바로 프로필렌 옥사이드로 전환된다.
국민은행 전세자금대출 서류 연구진은 “일반적인 과산화수소 공정은 오염물질을 배출하거나, 별도의 전력 공급이 필요하지만 이번 시스템은 완전한 ‘무전기·무탄소’ 반응으로 작동한다”고 강조했다.
연구진은 또 산화 반응을 촉진하는 촉매의 구조도 새로 설계해 효율을 높였다. 기존 제올라이트 기반 촉매(TS-1)는 염기성 환경에서 반응성이 급격히 떨어졌지만, 이번에 개발 3천만원 대출 한 촉매는 염기 조건에서도 안정적으로 작동한다.
그 결과, 연구진이 개발한 시스템은 1㎠ 면적 기준 24시간 동안 1,657마이크로몰(μmol)의 프로필렌 옥사이드를 생산했다. 이는 기존 친환경 공정보다 약 8배 높은 생산성이다. 또한 공정 과정에서 청정에너지 자원인 수소(H₂)도 함께 생산했다.
경제성 분석에서도 장점이 신규사업자대출 뚜렷했다. 현재 상용화된 공정 대비 생산 단가를 약 8% 낮춘 2.168달러(약 3000원)/kg 수준으로 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 전력, 고온·고압 설비, 복잡한 전처리 과정이 필요 없어 설비비와 운전비를 크게 아낄 수 있고, 현장에서 과산화수소를 직접 만들어 쓰기 때문에 운송·저장비용도 절감할 것으로 보인다.
장 교수는 “이 시스템은 모듈 형태로 제작해 필요한 곳에 바로 설치할 수 있다”며 “대규모 공장 중심의 중앙집중식 화학 생산 구조에서 소규모·분산형 생산 체계로 전환하는 계기가 될 것”이라고 말했다.
곽 교수는 “이번 성과는 제올라이트 촉매의 오랜 기술적 한계를 넘어선 사례”라며 “화학 산업을 더 친환경적이고 지속 가능한 방향으로 바꾸는 중요한 출발점이 될 것”이라고 강조했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 지난달 30일 게재됐다.
참고 자료
Nat Commun(2025), DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-63828-x
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