연구성과

화공 김동표 교수팀, 버려지는 나무가 수소로 다시 태어나다

2022-11-02 396

[POSTECH·UNIST 공동연구팀, 폐목재 분해 통한 수소·고부가가치 화합물 생산 공정법 개발]

[“물분해 공정 대비 전력 소모 절반 수준…폭발 위험도 X”]

‘골칫덩이’인 버려지는 나무가 수소로 다시 태어났다. 화학공학과 김동표 교수·통합과정 임세준 씨 연구팀은 UNIST 에너지화학공학과 류정기 교수·통합과정 오현명 씨와 공동으로 폐목재를 수소와 고부가가치 화합물로 전환하는 공정법을 개발했다. 이 기술을 활용하면 이산화탄소가 배출되지 않을 뿐만 아니라, 수소와 함께 식품·의약품의 원료로 쓰이는 바닐린(Vanillin)을 얻을 수도 있다.

최근 생산되는 수소 중 상당수는 생산 시 이산화탄소가 함께 만들어지는 ‘그레이 수소(Grey hydrogen)’다. 친환경 에너지원인 수소를 만들기 위해 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 만들게 되는 모순적 상황이 벌어지는 것. 그 대안으로 물분해를 통한 그린 수소(Green hydrogen)*1 생산 공정이 주목을 받았지만, 이 공정은 전력 소모가 커 생산 단가가 높은 데다가 폭발 위험이라는 치명적인 한계가 있었다.

연구팀은 몰리브덴(Mo) 기반의 저렴한 금속 촉매를 활용, 폐목재를 분해해 그린 수소로 만드는 연속 공정법을 개발했다. 촉매에 의해 바닐린이 만들어지고, 그 과정 속에서 비활성화된 촉매를 재활성화하는 공정 중에서 수소를 생성하는 원리다.

이 기술은 물질·열 전달 효율을 극대화하는 미세유체기술*2이 적용돼, 기존 폐목재 분해 공정의 한계였던 공정 시간이 12시간에서 30분으로 대폭 줄었다는 게 특징이다.

또한 연속 분리 공정을 통하여 폐목재 분해 산물로 인해 발생할 수 있는 전극의 오염을 방지할 수 있으며 폐목재가 분해되며 비활성화됐던 촉매가 수소 생산 과정에서 자동으로 재활성화돼 연속 공정이 가능하다는 것도 장점이다.


연구 결과, 이 공정은 물분해 공정 대비 절반 수준의 전력이 소모돼 공정 비용을 크게 줄일 수 있는 것으로 조사됐다. 폭발 위험도 전무하다.

쓸모없는 폐목재를 활용해 적은 비용으로도 빠르게 수소·고부가가치 화합물을 생산할 방법을 제시한 이번 연구는 사회적 가치와 경제적 가치라는 두 마리 토끼를 한 번에 잡은 성과로 주목받는다.

한편, 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 최근 게재된 이 연구는 한국연구재단 기초연구사업(리더연구자지원사업 창의연구)의 지원을 받아 이뤄졌다.


1. 그린 수소
태양광·풍력 등 재생에너지에서 생산된 전기로 물을 전기 분해해 생산한 수소. 수소와 산소만 생산되기 때문에 오염물질이 전혀 배출되지 않는다.

2. 미세유체기술
마이크로미터(㎛, 100만 분의 1m) 속 작은 세상에서 움직이는 유체의 특성을 활용한 기술.