[POSTECH·한국화학연구원·한국재료연구원·부경대학교 공동연구팀, 폐글리세롤로부터 고부가가치 화합물을 생성하는 전기화학적 촉매 개발 성공]

‘ESG란 ’환경(Environment)’, ‘사회(Social)’, ‘지배구조(Governance)’의 영문 첫 글자로 기업의 친환경 경영 및 사회적 책임 등을 의미한다. 이 세 가지는 기업이나 조직의 지속 가능한 성장을 위해 필요한 핵심 요소로, 기업의 가치를 평가하는 새로운 척도로 떠오르고 있다. 세계 여러 국가에서 ‘탄소중립’을 선언한 상황이며, 우리나라도 2020년 ‘2050 탄소중립 비전’을 선포하며 환경과 함께 살아가기 위한 움직임에 동참하고 있다.

바이오디젤은 식물성 기름과 동물성 지방으로부터 생성되는 친환경 연료 중 하나이다. 바이오디젤이 생산되는 과정에서 ‘글리세롤’이라는 부산물이 함께 생성되는데, 보통 바이오디젤 생산량의 약 10퍼센트에 해당하는 양만큼 생성된다. 이에 따라 최근 친환경 연료 생산이 급증하면서 폐기처리되는 글리세롤 활용에 대한 연구가 활발해지고 있다.

화학공학과 김원배 교수 · 통합과정 박민선 씨, 한국화학연구원 김형주 박사 · 오이슬 씨, 한국재료연구원 최승목 박사, 부경대 서민호 교수 공동연구팀은 버려지는 글리세롤을 활용하여 고부가가치 화학 원료를 생산할 수 있는 ‘코발트-구리산화물 촉매’를 개발하고, 그 원리를 규명했다. 이번 연구 내용은 소재, 화학, 나노 분야에서 권위있는 ‘어드밴스드 머터리얼즈 (Advanced Materials)’에 게재됐다.

이번 실험에서 연구팀은 글리세롤을 산화할 때 새롭게 개발한 촉매를 사용했다. 그 결과, 화장품 제조에 사용되는 글리콜산이나 가죽 산업 원료로 사용되는 포름산 등 상대적으로 가치가 높은 화합물들이 생성되는 것을 확인했다. 이에 반해, 일반적으로 글리세롤을 산화할 때 사용되는 금이나 백금 등 귀금속류 촉매는 가격대가 매우 높고, 고부가가치 화학물질을 생산하는 데 한계가 있다.

또, 연구팀은 ‘코발트-구리산화물 촉매’를 사용했을 때 고부가가치 화합물이 생성되는 이유를 밀도범함수 이론(Density functional theory, DFT)^*1을 통해 증명했다. 글리세롤로부터 글리콜산과 포름산이 만들어지기 위해서는 탄소와 탄소 간 결합이 끊어져야 한다. 분자 내 원자들의 상태밀도를 분석한 결과, 코발트-구리산화물의 표면에서는 탄소와 탄소 간 결합 세기가 약하기 때문에 글리세롤로부터 고부가 화학제품인 글리콜산과 포름산이 생성될 수 있었다.

이번 연구를 이끈 김원배 교수는 “이 연구가 글리세롤뿐 아니라 다양한 바이오매스 부산물들의 고부가가치 화합물 전환 반응을 위한 비귀금속 전기화학촉매 개발 기반이 될 것으로 기대하고 있다.”고 전했다.

한편, 이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 선도연구센터지원사업, 나노소재기술개발사업 사업의 지원으로 수행됐다.

1. 밀도범함수이론
물질, 분자 내부의 전자의 거동과 그 에너지를 양자역학으로 계산하기 위한 이론의 하나다. 이를 통해 소재의 구조와 성질 등을 예측할 수 있다.