국내 연구진이 버려지는 폐플라스틱으로 청정 에너지인 수소를 생산하는 촉매를 개발했다. 기초과학연구원(IBS)은 나노입자 연구단 현택환 단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수)이 이병훈 고려대 KU-KIST 융합대학원 조교수, 김민호 경희대 교수팀과 함께 아주 적은 양으로도 폐플라스틱에서 많은 수소를 생산하는 세계 최고 효율의 촉매를 개발했다고 6일 밝혔다.

백금(Pt)을 비롯한 귀금속계 촉매는 좋은 성능을 갖고 있지만 비싼 가격으로 산업적 규모에서는 경제성이 떨어진다. 반응 조건에 따라 금속 원자들이 구조적으로 불안정해져 온전히 활용되지 못하는 경우도 많다. 최근에는 원자 하나하나가 개별 분산한 원자 분산 촉매가 주목받는다. 모든 백금 원자가 반응하면 활용도가 극대화된다. 다시 말해, 적은 양의 귀금속만 사용해 가격은 저렴해지면서 성능은 좋아진다.

원자 분산 촉매는 지지체 표면에 금속 원자를 고정한 형태다. 기존에는 고온·고압 조건이나 복잡한 합성과정이 필요하다는 단점이 있었다. 연구진은 별도의 전기나 열에너지 없이 태양 빛만을 이용해 상온에서 원자 분산 촉매를 합성하는 방법을 개발했다. 이산화타이타늄(TiO2)처럼 쉽게 구할 수 있는 상용 산화물을 지지체로 활용했다.

빛을 이용해 수소를 발생시키는 반응에서 새롭게 합성한 원자 분산 백금-이산화타이타늄 촉매 성능을 평가한 결과, 1g의 촉매를 사용했을 때 시간당 3.7ℓ의 수소를 만드는 세계 최고 효율을 보였다. 이 촉매를 폐플라스틱 광(光) 개질 반응에 적용했더니, 98%의 플라스틱이 수소로 전환됐다고 연구진은 설명했다. 기존 성능이 가장 우수하다고 보고된 촉매보다 10배 이상 높다.

현택환 단장은 "사용하는 지지체와 금속 촉매 종류에 따라 광촉매, 열 촉매 등으로 다양하게 합성할 수 있어 화학산업 비용을 크게 낮출 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구 결과는 이날 오전 1시 국제학술지 '네이처 머티리얼스' 온라인에 실렸다.