KAIST, 백금 효율 '100배' 높인 신개념 촉매 개발...촉매 비용 획기적 절감 기대

작성일 05-12

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
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          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="145ffb71c3862c0f7fca263ee02285c2a8c3c3a849e902583c37f5c262bc7432" dmcf-pid="UlOqHeDxE6" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="기술개발 연구진. 생명화학공학과 최민기 교수(왼쪽)와 이수성 박사과정" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202505/12/etimesi/20250512201211850zgzs.jpg" data-org-width="700" dmcf-mid="0aJyE7xpIQ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202505/12/etimesi/20250512201211850zgzs.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            기술개발 연구진. 생명화학공학과 최민기 교수(왼쪽)와 이수성 박사과정
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          <p contents-hash="4a795b868c7903ba94bc69dbc7466a78d0c8ca96468cca316d7db94810aa536d" dmcf-pid="uSIBXdwMw8" dmcf-ptype="general">플라스틱, 섬유, 자동차 부품, 전자제품 등 다양한 제품 생산에 꼭 들어가는 '프로필렌'은 석유화학 산업 핵심 원료다.</p>
          <p contents-hash="e1c64aa692d89655b34b3aa486775f983009ab97d8abfaa330cff56cf61daf61" dmcf-pid="7vCbZJrRs4" dmcf-ptype="general">한국과학기술원(KAIST·총장 이광형) 연구진이 이 프로필렌을 저렴하고 효율적으로 생산할 수 있는 신개념 촉매를 개발했다. 기존보다 100배 이상 효율이 높은 백금 기반 촉매다.</p>
          <p contents-hash="74dbb4152df5d101c4fcba09229f5ccd3029941715ff7e0f492cfd6619317aa5" dmcf-pid="zThK5imeDf" dmcf-ptype="general">KAIST는 생명화학공학과의 최민기 교수팀이 값싼 금속 갈륨(Ga)과 알루미나(Al2O3)를 기반으로, 백금은 극소량(100ppm)만 사용한 촉매를 개발했다고 12일 밝혔다. 이 촉매는 기존 고농도 백금을 사용한 상용 촉매보다 더 뛰어난 성능을 보였다.</p>
          <p contents-hash="48bd57ceab1ce2032d2e360d07488cbfffd28a82c4a30a0c161656c625febb2b" dmcf-pid="qyl91nsdIV" dmcf-ptype="general">프로필렌은 프로판에서 수소를 떼어내는 '프로판 탈수소화(PDH)' 공정으로 생산할 수 있다. 이 공정에는 백금 촉매가 널리 사용돼 왔다. 백금은 탄소와 수소 사이의 결합을 끊고 수소를 제거하는 데 매우 효과적이다. 그러나 백금은 가격이 높고 반복 사용 시 성능이 저하되는 단점이 있었다.</p>
          <p contents-hash="c10cdab83be4e8f782879dc20ec1c6d2da210f0af01447cb5fbf2157ca8ace93" dmcf-pid="BWS2tLOJw2" dmcf-ptype="general">연구팀은 갈륨과 알루미나를 기반으로 백금을 꼭 필요한 만큼만 넣은 촉매를 설계해 이러한 문제를 해결했다.</p>
          <p contents-hash="6451a3010afda82ce56cfafd7cffd6af0b02bd560b8819a9a407e527dc7a265e" dmcf-pid="bYvVFoIiw9" dmcf-ptype="general">새로운 촉매의 핵심 원리는 다음과 같다. 갈륨은 프로판의 탄소-수소 결합을 활성화해 수소를 떼어내고 프로필렌을 생성하며, 백금은 표면에 남은 수소 원자들을 결합시켜 수소 기체(H2)로 전환, 촉매 표면에서 제거한다. 두 금속이 역할을 분담함으로써 백금 사용량을 줄이면서도 성능을 유지할 수 있게 했다.</p>
          <p contents-hash="6d83d0e1aaf1a9ba4553fe937ac6e080c1c0377b9123e8de66590a4448b31cbd" dmcf-pid="KGTf3gCnIK" dmcf-ptype="general">특히 백금과 갈륨의 비율이 적절할 때 최적의 성능을 나타냈으며, 연구팀은 이 이상적인 조성 비율을 과학적으로 설명하고, 예측할 수 있는 정량적 지표도 제시했다.</p>
          <p contents-hash="e3bbc1a0f5e483ac9e7162a93e9d76c5c781394c32b411154cc76605d770d856" dmcf-pid="9Hy40ahLOb" dmcf-ptype="general">또 기존 백금 촉매의 주요 약점이었던 반복 사용할수록 백금 입자가 뭉쳐 성능이 급격히 떨어지는'소결'현상 문제도 해결했다. 연구팀은 세륨(Ce)을 소량 첨가해 백금 입자의 뭉침을 억제하는 데 성공했다. 그 결과, 20회 이상 반응과 재생을 반복한 뒤에도 촉매 성능이 안정적으로 유지됐다.</p>
          <p contents-hash="20a72e55ad333b1cc813aca2eec1cff224b4984fadb113280807a1f5348a7f6c" dmcf-pid="2u3i2sZwsB" dmcf-ptype="general">최민기 교수는 “이번 연구는 백금 사용량을 기존 대비 1/100 수준으로 줄이면서도 성능을 유지하거나 오히려 향상시킬 수 있다는 가능성을 제시했다”며 “촉매 비용 절감, 교체 주기 감소, 폐촉매 감소 등 경제적·환경적 효과를 동시에 기대할 수 있다”고 설명했다.</p>
          <p contents-hash="e9c6de62e9021206fba23e56a82fd23c3cb71a53c1e7c12574de965be92d9958" dmcf-pid="V70nVO5rwq" dmcf-ptype="general">이어 “향후 대규모 공정 실증과 상업화 가능성도 검토할 예정이며, 산업 현장에 적용될 경우 프로필렌 생산의 경제성과 효율성이 크게 향상될 것”이라고 덧붙였다.</p>
          <p contents-hash="a4562f6411a56a975a2ad274646b0328ba7cb722bffbdacd8a82ea36e22d6f19" dmcf-pid="fzpLfI1msz" dmcf-ptype="general">이번 연구는 최민기 교수가 교신저자로, 박사과정 이수성 학생이 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 화학 및 화학공학 분야 최고 권위 학술지인 미국화학회지(JACS) 2월 13일 자로 게재됐다.</p>
          <p contents-hash="ce3ca4163f3c33b2ac48e80529fe111f0f14592fac9f4a1931d7ec8e4ff5e758" dmcf-pid="4qUo4CtsE7" dmcf-ptype="general">김영준 기자 kyj85@etnews.com</p>
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